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【先进技术】柔性电子不断刷新你的认知

2019-08-29 20:29
        

  电脑显示屏可以像手帕一样折叠起来塞进口袋,要两个壮汉才能搬动的大屏幕电视,一个人便可以像卷海报那样轻松地拎回家;遭遇不测而无法恢复的皮肤,可以换成全新的人造皮肤,不仅和原来一样健康美观,还能感受到极其微小的压力;将一块小小的薄片,贴在皮肤上,不仅可以 24 小时检测自己身体的健康状况,而且日常生活中的每一个微小动作都可以转换成电能,例如走路、开车、打字,甚至心脏的跳动。柔性电子学,又称柔性电路,是一种制备轻薄、可折叠的电子器件及其形成的电路技术。

  “人机交互”是一个有魔力的词语,它生动诠释了从人类适应计算机到计算机不断适应人类的发展过程。目前,科学家们正试图以柔性电子器件为媒介,建立人与外界之间的信息传输系统。而柔性电子概念的提出,可追溯到对有机电子学的研究,大约起步于上世纪80年代,人们试图用有机半导体替代硅等无机半导体,从而使有机电子器件具备柔性特点。

  针对目前市场上种类繁多的折叠屏手机产品,清华大学材料学院副院长沈洋认为,屏幕对折主要得益于显示材料的柔性化。但折叠屏手机还不够“柔”,因为每部手机中都有几百个关键电子元器件,这些器件依然是硬质的。“未来,如果这些电子元器件的柔性化程度足够高,手机不仅能对折,还能卷曲甚至完全折叠。”

  “以柔化刚”打造电子器件应用新形态。“柔性电子技术可以改变传统信息器件、系统的刚性物理形态,实现信息获取、处理、传输、显示以及能源的柔性化。”清华大学柔性电子技术研究中心主任冯雪表示,柔性电子将推动信息与人、物体、环境的高效共融,有助于构建“万物皆互联”的新时代。

  冯雪告诉记者,柔性电子技术已在生物医疗领域开展了非常重要的应用,包括无创血糖测量、光电血氧传感器、坐骨神经电信号采集、类皮肤柔性变形传感器、碳纳米纤维泡沫柔性压力传感器、类皮肤柔性压力传感器等系列柔性医疗电子产品等等。

  如今,柔性电子技术已成为世界范围内电子技术领域的研究热点。“澳大利亚的柔性电子技术研究主要集中在太阳能电池领域,利用柔性电子技术实现印刷,并打印成太阳能电池等产品。”澳大利亚昆士兰大学教授、澳大利亚科学院院士保罗·伯恩认为,柔性电子技术的发展需要不同学科的人相互学习,求同存异,以促进更多合作、促成更多创新及研究成果。

  就在本届大会上,柔性电子与智能技术全球研究中心研发团队还发布了两款可任意卷曲弯折的超薄柔性芯片。两款芯片厚度均小于25微米,不到一根头发丝直径的四分之一。

  研发人员在现场演示了由两款柔性芯片组成的柔性微系统功能。两款柔性芯片分别是运放芯片和蓝牙SoC芯片,其中运放芯片能够对模拟信号进行放大处理,而蓝牙SoC芯片则集成了处理器和蓝牙无线通信功能。与传统芯片相比,最新发布的柔性芯片不仅非常薄,而且柔韧度很好。拿在两根手指之间,轻轻一捏,柔性芯片就会弯成弧形但不会损坏。

  柔性电子技术协同创新中心与清华大学柔性电子技术研究中心共同发起成立术联盟。该联盟整合了各方优势资源和创新力量,下一步将通过共建、共享、共用,构建柔性电子技术产学研生态系统,大力推进柔性电子技术从实验室走向产业化。

  在近10年间,由于政策支持和产业发展需求,柔性电子技术吸引着国内外研究人员的高度关注与重视。国内外知名高校先后建立了专门的柔性电子技术研究机构,逐步开展了柔性电子材料、柔性电子器件与制造加工工艺技术等方面的研究。国外方面,如康奈尔大学、普林斯顿大学、哈佛大学、西北大学、剑桥大学等成立的柔性电子材料研发中心、地方国家实验室和技术联盟等专门研发机构,如美国空军柔性技术研究实验室、柔性技术联盟(FlexTech Alliance)等,并进行着柔性材料、器件和工艺等不同方面的研究,并取得了较为显著的进展。

  国内方面,中国科学院长春应用化学研究所、中国科学院化学研究所、中国科学技术大学、华南理工大学、清华大学、西安电子科技大学、天津大学、浙江大学、武汉大学、复旦大学、南京邮电大学、上海大学等国内知名高校也在有机光电高分子材料和器件、发光与显示、太阳能电池、场效应管、柔性电子表征和制备、平板显示技术、半导体器件和微图案加工等方面进行了颇有成效的研究。



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