12月4日上午，由北京大学集成电路学院、集成电路学院高精尖创新中心、国家集成电路产教融合创新平台、集成电路科学与未来技术北京实验室、后摩尔时代微纳电子学科创新引智基地及北京大学校友会半导体分会联合主办的“未名·芯”论坛系列讲座第七十一期在微纳电子大厦103报告厅成功举办。本次论坛邀请到美国北卡罗来纳州立大学材料科学与工程系教授、美国国家科学基金会复杂粒子系统科学技术中心（COMPASS）副主任Martin Mwangi Thuo作题为“From Heat-Free Solder, Tunable Bandgaps, and Resolving the Kauzmann Paradox”（从无热焊料、可调带隙到解决考兹曼悖论）的报告。论坛由教授胡鸿杰主持。
Thuo教授首先从柔性与可穿戴电子对低温互连的需求切入，介绍了团队开展的“无热焊接”研究。差示扫描量热（DSC）曲线和焊点显微图显示，在纳米金属颗粒表面形成氧化层并处于过冷状态时，即便温度远低于合金熔点，仍可以形成稳定焊点，从而显著降低热应力和能耗。在SAC305等无铅焊料体系中，固–液共存区被有效拉宽，典型的“head-in-pillow（枕头式缺陷）”失效现象得到明显缓解，形象展示了无热焊接在先进封装与异质集成中的应用效果。
在化学烧结和多分散颗粒体系方面，Thuo教授展示了多种导电金属线路的低温印刷方案。通过调控颗粒尺寸分布和毛细作用，金属图形已经能够在纸张、织物以及叶片、花瓣等柔软基底上实现高分辨率成形。所谓“多分散驱动印刷”利用颗粒在流动中的自发分级来控制线宽和厚度，“花瓣效应”则借鉴玫瑰花瓣表面的微纳结构和润湿特性，使金属线路牢固附着在疏水表面，描绘出低温金属互连在柔性和生物电子器件中的具体实现路径。
谈到可调带隙氧化物时，Thuo教授从颗粒微观结构延伸到能带与器件性能。通过从原子簇到块体材料的能级示意图，可以清楚看到尺寸和化学组成对光学吸收和电导行为的共同影响。Thuo教授对比了掺杂、价态调节和界面缺陷引入等多种带隙调控方式，重点介绍了以液态金属为前驱体合成氧化物半导体的做法。通过改变合成温度和气氛，获得了一系列带隙可调、适用于二氧化碳还原的金属氧化物，并结合吸收光谱和能隙拟合结果，对相关性能进行了系统展示。
围绕相变、玻璃态与考兹曼悖论，Thuo教授构建了一套兼具直观图像和定量分析的框架。以水的冻结与融化为例，相图、自由能曲线和热流信号被用来梳理过冷液体、玻璃与晶体在热力学上的联系与差异；在此基础上，结合熵–温度曲线和等熵线讨论考兹曼温度的估算问题，并进一步分析熵耗散不对称性与负热膨胀核化、表面有序化之间的关系。
在互动交流中，现场师生就无热焊料的工程可靠性、化学烧结线路的大面积制备以及液态金属材料的图案化方法和产业化等话题踊跃提问，Thuo教授逐一回应，并分享了自己在跨学科合作、解决工程问题方面的体会，让参与师生对无热焊接和液态金属材料前沿有了更加直观而系统的认识。
个人简介：
Prof. Martin Mwangi Thuo is a Professor in the Department of Materials Science & Engineering at North Carolina State University and the deputy director, NSF-STC Center for Complex Particle Systems (COMPASS). He is a fellow of the National Academy of inventors (FNAI) and a fellow of the Africa Academy of Sciences (FAAS). Previously, he was the Schafer 2050 associate professor at Iowa State University in the department of Materials Science & Engineering and in the Electrical & Computer engineering department. He was a Mary-Fieser (2009-2011) and NSEC (2011-2013) postdoctoral Fellow at Harvard University under Prof. George M. Whitesides. He is the recipient of several awards like the ACS nano rising star, the Schafer 2050 professorship, Akinc excellence in research award, Lynn-Anderson research excellence award, Black & Veatch faculty fellowship, among others. He is a co-host of the ICAN-X talks, co-Organizer of the Science in The Savannah conference, and serves on the boards of various journals and professional societies. His research interests encompass the general theme of frugal innovation through simplicity and surface thermodynamics. He holds >70 patents worldwide and has >100 publications.
