提要: 前不久,華為首款折疊屏手機一經(jīng)發(fā)布便成了人們熱議的焦點(diǎn)。四四方方、堅硬、不可扭轉的屏幕如何做到折疊?其實(shí),折疊屏只是柔性屏的一種,是在柔性電子技術(shù)的積累上發(fā)展而來(lái)——無(wú)論在外形還是功能上都將不斷刷新人們的認知,帶來(lái)全新體驗。
前不久,華為首款折疊屏手機一經(jīng)發(fā)布便成了人們熱議的焦點(diǎn)。四四方方、堅硬、不可扭轉的屏幕如何做到折疊?其實(shí),折疊屏只是柔性屏的一種,是在柔性電子技術(shù)的積累上發(fā)展而來(lái)——無(wú)論在外形還是功能上都將不斷刷新人們的認知,帶來(lái)全新體驗。
生活中,柔性電子可不只折疊屏。未來(lái),從手機、平板電腦、電視這些日用電子產(chǎn)品開(kāi)發(fā),到醫療、信息、能源、國防等多領(lǐng)域發(fā)展,柔性電子都將一展身手。在日前舉行的第二屆柔性電子國際學(xué)術(shù)大會(huì )期間,由中國科協(xié)推出的“科學(xué)麻辣燙”沙龍活動(dòng)聚焦柔性電子技術(shù)發(fā)展,邀請多位行業(yè)專(zhuān)家學(xué)者共話(huà)柔性電子將如何改變人類(lèi)未來(lái)。
“以柔化剛”助力萬(wàn)物互聯(lián)
“人機交互”是一個(gè)有魔力的詞語(yǔ),它生動(dòng)詮釋了從人類(lèi)適應計算機到計算機不斷適應人類(lèi)的發(fā)展過(guò)程。目前,科學(xué)家們正試圖以柔性電子器件為媒介,建立人與外界之間的信息傳輸系統。
而柔性電子概念的提出,可追溯到對有機電子學(xué)的研究,大約起步于上世紀80年代,人們試圖用有機半導體替代硅等無(wú)機半導體,從而使有機電子器件具備柔性特點(diǎn)。
2006年,科學(xué)界首次提出了可延展無(wú)機柔性電子的概念,并實(shí)現在脆性硅薄膜不改變其電子學(xué)性能的情況下具有柔性和延展性。隨后又衍生出一些優(yōu)化的結構設計,使得電子器件的機械性能更加優(yōu)良,可以承受拉伸、扭轉、彎曲等復雜變形。
針對目前市場(chǎng)上種類(lèi)繁多的折疊屏手機產(chǎn)品,清華大學(xué)材料學(xué)院副院長(cháng)沈洋認為,屏幕對折主要得益于顯示材料的柔性化。但折疊屏手機還不夠“柔”,因為每部手機中都有幾百個(gè)關(guān)鍵電子元器件,這些器件依然是硬質(zhì)的?!拔磥?lái),如果這些電子元器件的柔性化程度足夠高,手機不僅能對折,還能卷曲甚至完全折疊?!?/span>
“以柔化剛”打造電子器件應用新形態(tài)?!叭嵝噪娮蛹夹g(shù)可以改變傳統信息器件、系統的剛性物理形態(tài),實(shí)現信息獲取、處理、傳輸、顯示以及能源的柔性化?!鼻迦A大學(xué)柔性電子技術(shù)研究中心主任馮雪表示,柔性電子將推動(dòng)信息與人、物體、環(huán)境的高效共融,有助于構建“萬(wàn)物皆互聯(lián)”的新時(shí)代。
馮雪告訴記者,柔性電子技術(shù)已在生物醫療領(lǐng)域開(kāi)展了非常重要的應用,包括無(wú)創(chuàng )血糖測量、光電血氧傳感器、坐骨神經(jīng)電信號采集、類(lèi)皮膚柔性變形傳感器、碳納米纖維泡沫柔性壓力傳感器、類(lèi)皮膚柔性壓力傳感器等系列柔性醫療電子產(chǎn)品,等等。
電子“創(chuàng )可貼”不是夢(mèng)
科幻電影里,時(shí)常出現給人體植入芯片,從而達到操控人體行為的橋段。而如果將芯片像創(chuàng )可貼一樣貼在皮膚上,不對人體造成傷害,你會(huì )接受嗎?柔性電子技術(shù)的發(fā)展將這一大膽想法照進(jìn)現實(shí)——沒(méi)有傷口,就能應用于醫療感知并獲取大量身體信號和數據。
“比如對糖尿病人來(lái)說(shuō),血糖監測是治療中的一個(gè)重要環(huán)節,但傳統方法是扎手指,每天都要扎好幾次。而我們可以利用柔性電子技術(shù),只要貼在皮膚表面就能驅動(dòng)血管之間的葡萄糖流動(dòng)并開(kāi)展監測?!瘪T雪說(shuō)。
馮雪介紹,清華大學(xué)柔性電子技術(shù)團隊已設計和大規模制備出價(jià)格低廉、且能夠監測人體體溫和心電信息的柔性電子器件。它形似創(chuàng )可貼的膠片里鑲嵌可彎曲的監測芯片,貼附在人體表面,可將生理指標無(wú)線(xiàn)上傳至手機應用或云端,讓使用者快捷方便了解身體信息,并可以反復使用,目前已通過(guò)國家藥監局和歐盟CE認證。
諸如此類(lèi)的柔性電子集成器件,融合了有機半導體和無(wú)機半導體技術(shù)的發(fā)展,使無(wú)機半導體器件具有可拉伸、可彎曲等變形特點(diǎn),同時(shí)兼備傳統無(wú)機集成器件和電路的高性能、高可靠性?!巴ㄟ^(guò)集成探測溫度、應變、加速度等傳感元件在柔性電子器件上,就好比‘人體聯(lián)網(wǎng)’,可實(shí)現對體征信息的獲??;未來(lái),還需要突破可靠的制備工藝、動(dòng)態(tài)耐受性等技術(shù)挑戰?!毙录悠履涎罄砉ご髮W(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院教授陳曉東說(shuō)。
“這種新型電子器件的剛度比人體組織要小很多,因此貼附到人體組織上后,不會(huì )造成人體的不適感?!北本┖娇蘸教齑髮W(xué)固體力學(xué)研究所副教授李宇航指出,可延展性能正是柔性電子獨到的力學(xué)特性,由于人體器官組織的表面形貌異常復雜,如果器件不具有可延展性,是無(wú)法貼附在柔軟組織上的,而這一點(diǎn)傳統導線(xiàn)并不具備。
據聯(lián)合國統計,到本世紀中期,中國將有近5億人口超過(guò)60歲。對于人體健康的關(guān)切,成為未來(lái)社會(huì )需求的重要方向。特別是針對老年人慢性疾病和嬰幼兒體征的實(shí)時(shí)監測,成為這種新型醫療器件的重要應用方向。
測量血壓、血糖的“創(chuàng )可貼”,檢測生理指標的衣服、可以監測尿液的紙尿褲、人工肌肉……這些智能化可穿戴設備的制造都將通過(guò)柔性電子技術(shù)實(shí)現。人們還可以通過(guò)遠程醫療的方式開(kāi)展身體健康監測,降低醫療成本,普惠大眾。
“采用柔性芯片技術(shù)可以設計出更加輕薄柔軟的電子感知系統,它們能夠與機器人或人體更好貼合,對環(huán)境的感知也將變得更加靈敏?!比嵝噪娮优c智能技術(shù)全球研究中心柔性芯片技術(shù)研發(fā)團隊負責人王波表示,柔性芯片將持續對人工智能和醫療等領(lǐng)域產(chǎn)生深遠影響。
集聚多學(xué)科智慧協(xié)力攻堅
如今,柔性電子技術(shù)已成為世界范圍內電子技術(shù)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)?!鞍拇罄麃喌娜嵝噪娮蛹夹g(shù)研究主要集中在太陽(yáng)能電池領(lǐng)域,利用柔性電子技術(shù)實(shí)現印刷,并打印成太陽(yáng)能電池等產(chǎn)品?!卑拇罄麃喞ナ刻m大學(xué)教授、澳大利亞科學(xué)院院士保羅·伯恩認為,柔性電子技術(shù)的發(fā)展需要不同學(xué)科的人相互學(xué)習,求同存異,以促進(jìn)更多合作、促成更多創(chuàng )新及研究成果。
就在本屆大會(huì )上,柔性電子與智能技術(shù)全球研究中心研發(fā)團隊還發(fā)布了兩款可任意卷曲彎折的超薄柔性芯片。兩款芯片厚度均小于25微米,不到一根頭發(fā)絲直徑的四分之一。
研發(fā)人員在現場(chǎng)演示了由兩款柔性芯片組成的柔性微系統功能。兩款柔性芯片分別是運放芯片和藍牙SoC芯片,其中運放芯片能夠對模擬信號進(jìn)行放大處理,而藍牙SoC芯片則集成了處理器和藍牙無(wú)線(xiàn)通信功能。與傳統芯片相比,最新發(fā)布的柔性芯片不僅非常薄,而且柔韌度很好。拿在兩根手指之間,輕輕一捏,柔性芯片就會(huì )彎成弧形但不會(huì )損壞。
不過(guò)馮雪指出,柔性電子技術(shù)發(fā)展目前還處于起步階段,其最大的特點(diǎn)是多學(xué)科交叉,將不同行業(yè)、不同學(xué)科的人吸引在一起,通過(guò)彼此碰撞以提供不同思路及問(wèn)題解決方案。
在陳曉東看來(lái),未來(lái)柔性傳感器還將占據5G時(shí)代發(fā)展的重要位置,“把設備做成可彎曲、可延展的狀態(tài),戴在身上、手臂上沒(méi)有任何感覺(jué),并且可以呈現關(guān)于人體信息的所有數據,這是科學(xué)家對未來(lái)柔性傳感器更高的境界和追求”。
對此,柔性電子技術(shù)協(xié)同創(chuàng )新中心與清華大學(xué)柔性電子技術(shù)研究中心共同發(fā)起成立Flex.net學(xué)術(shù)聯(lián)盟。該聯(lián)盟整合了各方優(yōu)勢資源和創(chuàng )新力量,下一步將通過(guò)共建、共享、共用,構建柔性電子技術(shù)產(chǎn)學(xué)研生態(tài)系統,大力推進(jìn)柔性電子技術(shù)從實(shí)驗室走向產(chǎn)業(yè)化。
內容轉載自 中華液晶網(wǎng)