經濟日報:柔性電子,不斷刷新(xīn)你的認知

時(shí)間(jiān) :2022-12-30 作者 : 來源: 瀏覽 : 分類 :新聞資訊
隨著折疊(dié)屏手機的出現(xiàn),柔性電子材料逐漸走入人們的視野。其實,柔性電子的(de)應用前景非常廣泛,從手機、平板電腦、電視這些(xiē)日用電子產品開(kāi)發,到醫(yī)療、信息、能源、國(guó)防(fáng)等多領域發展,柔性電子都(dōu)將一展身手。

【編者按】隨著折疊屏手機的出現,柔性電子材料(liào)逐漸走入人們的視野。其(qí)實,柔性電子的應用前景非常廣泛,從手機(jī)、平板電腦、電視這些日用電子產品開(kāi)發,到醫療、信息、能(néng)源、國防等多領域發展,柔(róu)性電子都(dōu)將一展身手。


前不久,華為首款折疊屏手機一經發布(bù)便成了人(rén)們熱議的焦點。四四(sì)方方、堅硬、不可扭轉(zhuǎn)的(de)屏幕如何做到折疊?其實,折疊屏隻是柔性屏的一種,是在柔性電子技術的積累上發展(zhǎn)而來——無論在(zài)外形還是功能上都將(jiāng)不斷刷新人們的認知,帶來全新體驗。

生活(huó)中(zhōng),柔性電子可不隻折疊屏。未來,從手機、平板電腦、電視這些日用電(diàn)子產品開發,到醫療、信息、能源、國防等(děng)多領域發展,柔性電子都將一展身手。在日前舉行的第二屆柔(róu)性電子國際學術大會期間,由中國(guó)科協推出的“科學麻辣燙”沙龍活動聚焦柔性電子技術發展,邀請多(duō)位(wèi)行業專(zhuān)家學者共話柔(róu)性電子將如何改變人類(lèi)未來。

“以柔(róu)化剛”助力萬物互聯

“人機(jī)交互”是一(yī)個有魔力(lì)的詞語,它生動詮釋了從人(rén)類適(shì)應計算機到(dào)計算機不(bú)斷適應人類的(de)發展過程。目前,科學家們正試圖以柔性電子器件為媒介,創建人與外界(jiè)之間的信息傳(chuán)輸係統。

而柔性電子概念的提出,可追溯到對有機電子學的研究,大約起(qǐ)步於上世紀80年代,人們試圖用有機半導體替代矽等(děng)無機半導體,從而(ér)使有機電子器件具備柔性特點。

2006年,科學界首次提出(chū)了可延展(zhǎn)無機柔性電子(zǐ)的概念(niàn),並實現(xiàn)在(zài)脆性矽薄膜不改變其電子學性能的情況下具(jù)有柔性和延展性。隨後又衍生出一些優化的結構設計(jì),使(shǐ)得電子器件的(de)機械性能更加優良,可以承受拉伸、扭轉、彎曲等複雜變(biàn)形(xíng)。

針對目前市場上種類繁多的折疊屏(píng)手機(jī)產品,清華大學材(cái)料(liào)學院副院長沈洋認為,屏幕對(duì)折主要得益於顯示材料的柔性化。但折(shé)疊屏手(shǒu)機還不夠(gòu)“柔”,因為每部手機中都有幾百個(gè)關鍵電子元器(qì)件(jiàn),這些器件依然是硬質的。“未(wèi)來(lái),如(rú)果(guǒ)這些電子元器件的柔性化程度足(zú)夠高,手機不僅(jǐn)能對折,還能卷曲甚至完全折疊。”

“以柔化剛”打造電子器件應用新形態。“柔性(xìng)電子技術可以改變傳統信息器件、係統的剛性物理形態,實現(xiàn)信息獲(huò)取、處理、傳輸、顯示以及能源的柔性化。”清華大學柔性電子(zǐ)技術研究中心主任馮雪表示,柔性電子將推動信息與人、物體、環境的高(gāo)效共融,有助於構建“萬物皆互聯”的新時代。

馮雪告訴記者,柔性電子(zǐ)技術已在生物醫療領域開展了非常重要的應用,包括無創血糖測量、光電血氧傳感器、坐骨神經電信號采集、類皮膚柔性變形傳感器、碳納米(mǐ)纖維泡沫柔性壓力傳感器、類皮膚柔(róu)性壓(yā)力傳(chuán)感(gǎn)器等(děng)係列柔(róu)性醫療(liáo)電子產品,等等(děng)。

電子“創可貼”不是(shì)夢

科幻電影裏(lǐ),時常出現給人體植入芯片,從而達到操控人(rén)體行為的橋段。而如果將芯片像創可貼一樣貼在皮膚上,不對人體造成傷害,你會接受嗎?柔性電子技術的發展將這一大膽想(xiǎng)法照進現實——沒有傷口,就能應用(yòng)於醫療感知並獲取大量身體信號和數據。

“比如對糖尿病人來說,血糖監測是治療中的一個重要環節,但傳統方法是紮手指,每天都要紮好幾(jǐ)次。而我(wǒ)們可(kě)以利用柔性電子技術,隻要貼在皮膚表麵就能驅動血管之(zhī)間的葡萄糖(táng)流動並開展監測。”馮雪說。

馮雪介紹(shào),清華大學柔性電子技術(shù)團隊已設計和大(dà)規模製(zhì)備出價格低廉、且能夠監測人體體溫和心電信息的柔性電子器件(jiàn)。它形似創可貼的膠片裏鑲嵌可彎曲的(de)監測芯片,貼附在人(rén)體表麵,可將生理指標無線上傳至手機應用或雲端,讓使用者快捷方便了解身體(tǐ)信息,並可以反複使用,目前(qián)已(yǐ)通(tōng)過國家藥監局和歐盟(méng)CE認證(zhèng)。

諸如此類的柔性電子集成器件,融合了有機半導(dǎo)體(tǐ)和無機半導體(tǐ)技術(shù)的(de)發展,使無機半導體器件具有可拉伸、可彎曲(qǔ)等變(biàn)形特點,同時兼備傳統無(wú)機集成器(qì)件和電路的高性能、高可靠(kào)性。“通過集成探(tàn)測溫度、應變、加速度等(děng)傳感元件在(zài)柔性電子器件上,就好比‘人體聯網’,可實現對(duì)體征信息的獲取;未來,還需要(yào)突破可靠的製備工藝、動態耐受性等技術挑戰。”新加坡南洋理工大學材料科學與工程學院教授陳曉東說。

“這種新型電子器件的剛度比人體組織要小很(hěn)多(duō),因此貼附到人體組織上後,不會造成人體(tǐ)的不適感。”北京航空航天大學固體力學研究所副教授李宇航指出,可延展性能(néng)正是柔性電子獨到的力學特性,由(yóu)於人體器官組織的表麵形貌異常複雜,如果器件不具有可延展性,是無法貼附在柔軟組織上(shàng)的,而(ér)這一點傳統導線並不具備。

據(jù)聯合國統計,到本世紀中期,中國將有近5億人口超過60歲。對於人(rén)體健康的關切,成為未來社會(huì)需求的重要方向。特別是針對(duì)老(lǎo)年(nián)人(rén)慢性疾病和嬰幼兒體征(zhēng)的實時監測,成為(wéi)這種新型(xíng)醫療器件的重要應用方向。

測量血(xuè)壓、血糖的“創可貼”,檢(jiǎn)測生理指標的衣服(fú)、可以監測尿液的紙尿褲、人(rén)工肌肉……這些智能化可穿(chuān)戴設備的(de)製造都將通過(guò)柔性電子技術實現。人們還(hái)可以通過遠(yuǎn)程醫療的方式開展(zhǎn)身體健康監測,降低醫療成本,普惠大眾(zhòng)。

“采用柔性芯片技術可(kě)以設計出更加(jiā)輕薄柔軟的電子感知係(xì)統,它們能(néng)夠與機器人或(huò)人體更好貼合,對環境的感知也將變得更加(jiā)靈敏。”柔性電子與智能技術全球研究中心(xīn)柔性(xìng)芯(xīn)片技術研發(fā)團隊負責人王波表示,柔(róu)性芯片將持續對人工智能和醫(yī)療等(děng)領域產生深遠影響。

集聚多學科智(zhì)慧協力攻堅

如今,柔(róu)性電(diàn)子技術已成為世界範圍內電子技術領域的研(yán)究熱點(diǎn)。“澳大利(lì)亞的柔性電子技術(shù)研究主要(yào)集中在太陽能電(diàn)池(chí)領域,利用柔性電子技術實現印刷,並打印成太陽能電池等產品。”澳大利亞昆士蘭大學教授(shòu)、澳大(dà)利亞科學院院士保羅·伯恩認為,柔性電子技術的發展需要不同學科的(de)人相互學習,求同存異,以促進更多合作、促成更多創新及研究成果。

就在本屆大會上,柔性電子與智能技術全(quán)球研究中心研(yán)發團(tuán)隊還發布了兩款可(kě)任意卷曲(qǔ)彎折的超薄柔性芯(xīn)片。兩(liǎng)款芯片(piàn)厚度均小於25微米,不到一根頭發絲直徑的四(sì)分之一。

研發人員在現場演示了(le)由兩款(kuǎn)柔性芯片組成的柔性微係統功能。兩款柔性芯片(piàn)分別是運放芯片和藍牙SoC芯片,其中運放芯片能(néng)夠(gòu)對模擬(nǐ)信號進行放大處理,而藍牙SoC芯(xīn)片則集成了處理器(qì)和藍牙無(wú)線通信(xìn)功能(néng)。與傳統芯片相比,最新發布的(de)柔性芯片不僅非常薄,而且柔韌度很好。拿在兩根手指之(zhī)間,輕輕一捏,柔性(xìng)芯片就會(huì)彎成(chéng)弧形但不會損壞。

不過馮雪指出,柔性(xìng)電(diàn)子技(jì)術發展目前還處於起步階段,其(qí)最大(dà)的特點是多學科交叉,將不(bú)同行業、不同學科的人吸引在一起,通過彼(bǐ)此碰(pèng)撞(zhuàng)以提供不同思路及問題解決方案。

在陳曉東看(kàn)來,未(wèi)來柔性(xìng)傳感(gǎn)器還將占據5G時代發展的重要位置(zhì),“把(bǎ)設備做成可彎曲、可延展的狀態,戴在(zài)身上、手臂上沒有任何(hé)感(gǎn)覺(jiào),並且可以呈現關於人體信息(xī)的所有數據,這是科學家對未(wèi)來柔性傳感器(qì)更高的境界和追求”。

對此(cǐ),柔(róu)性電子技(jì)術(shù)協同創新中心與清華大學柔性(xìng)電子技術研究中心(xīn)共同發起成立Flex.net學術聯盟。該聯盟集成了各方優勢資源和創索尼(ní)量,下一步將通(tōng)過共建、共(gòng)享、共享,構建柔性電子技術產學研生態係統,大力推進柔性電子技術從實驗室走向產業化。

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