如何在高斯能量分布的激光下，精准烧结出均匀的曲面电路?北京航空航天大学陶智院士团队用一项“以柔克刚”的巧妙策略，为航空航天高温部件的“皮肤式”传感监测提供了全新的低成本制造方案。

2026年2月2日，北京航空航天大学能源与动力工程学院陶智院士团队在增材制造领域取得重要进展，其研究成果在顶级期刊《自然·通讯》上发表。

这项名为 “通过曲率编程喷墨打印实现自适应沉积以匹配高斯烧结激光” 的研究，针对复杂曲面上高性能薄膜传感器制造的全球性难题，提出了革命性的“厚度匹配”策略。

制造困境

高温部件的关键数据测量，是航空航天器热防护设计与结构健康监测的基石。传统的刚性传感器难以贴合复杂曲面，会破坏气动外形。

能够无缝贴合复杂曲面的 “共形传感器” ，为测量关键数据、监测部件健康提供了革命性解决方案。

自2018年起，陶智院士团队便致力于 “面向涡轮叶片的高温共形薄膜传感技术” 研究。他们发现，制造这类传感器的核心挑战在于最后的 “激光烧结” 环节。

激光光束固有的高斯强度分布，在烧结或熔化过程中会导致烧蚀、飞溅和孔隙等关键缺陷，严重影响电路性能。

创新破局

面对这一难题，常规思路是使用昂贵的光束整形器来调制激光的能量分布，但这存在成本高、寿命有限且能量损失大的弊端。

研究团队另辟蹊径，提出了一个极具巧思的 “厚度匹配” 策略。该策略的核心思想不是改变激光，而是主动改变被烧结的墨层。

团队通过数学分析得出，如果预先将喷墨打印的导电薄膜的厚度，设计成与高斯激光的能量剖面相匹配的理想分布，就能确保烧结时各点接收的热量均匀，从而获得性能均一的高质量电路。

性能飞跃

这一策略在半导体和金属两类电路上都展现出卓越的性能提升。

对于氧化铟锡透明导电玻璃电路，与平面的传统电路相比，其电导率最高提升了3.8倍，同时透光率还增加了5.1%。

对于铜共形电路，其电导率相较于平面电路更是实现了160% 的惊人提升。

这一成果的突破性在于，它绕过了对昂贵激光整形设备的依赖，仅通过软件编程控制喷墨参数，就实现了高性能曲面电路的 “自适应” 制造。

应用前景

这项研究为基于喷墨打印的高性能、高温共形电路，提供了一条低成本、可规模化生产的可行路径。

其应用前景直接指向对可靠性要求极高的航空航天领域，特别是涡轮叶片等高温部件的实时温度监测与结构健康管理。

共形传感器如同为部件贴上一层智能“皮肤”，可实现大面积、分布式传感，且不干扰气流和结构完整性。

陶智院士团队经过七年攻关，已建立起从功能纳米墨水配制、三维曲面可控沉积、纳米膜激光烧结到器件集成与高温验证的全链条技术体系。这项 “厚度匹配策略” 正是其中关键一环。

这项源于航空发动机实际需求的“逆向思维”创新，不仅解决了高端制造中的一个具体工艺难题，也为更广泛的激光烧结与熔化技术优化提供了全新视角。它证明，在硬件路径受限时，通过材料与工艺的协同设计，软件算法的智慧同样能开启一扇通往高性能制造的大门。

来源：北京航空航天大学能源与动力工程学院，陶智院士团队；题目：Curvature Programmed Inkjet Printing Enables Adaptive Deposition for Gaussian Sintering Lasers (曲率编程喷墨打印实现自适应沉积以匹配高斯烧结激光)；发表于：《Nature Communications》（2026年2月2日）。