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柔性電子技術正在不斷改變影響我們的生活

    隨著各大手機廠商相繼推出折疊屏手機,柔性電子材料也逐漸走進了人們的視野。事實上,柔性電子有著廣泛的應用前景,從手機、平板電腦、電視等日常電子產品的開發(fā),到醫(yī)療、信息、能源、國防等領域的發(fā)展,柔性電子都能發(fā)揮重要的作用。未來,從手機、平板電腦、電視這些日用電子產品開發(fā),到醫(yī)療、信息、能源、國防等多領域發(fā)展,柔性電子都將成為不可缺少的一部分。人機交互是一個神奇的詞,它生動地解釋了從人類計算機相互適應的發(fā)展過程。目前,科學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(tǒng)。

柔性電子學的概念可以追溯到20世紀80年代開始的有機電子研究。人們試圖用有機半導體來代替無機半導體,例如硅,使得有機電子器件具有柔性的特性。

2006,科學界首次提出了延展性無機柔性電子的概念,試驗出脆性硅薄膜在不改變其電子特性的情況下具有柔韌性和延展性。在此基礎上,提出了一些優(yōu)化的結構設計,使電子器件的力學性能更好,能夠承受拉伸、扭轉、彎曲等復雜變形。

“以柔化剛”打造電子器件應用新形態(tài)?!叭嵝噪娮蛹夹g可以改變傳統(tǒng)信息器件、系統(tǒng)的剛性物理形態(tài),實現(xiàn)信息獲取、處理、傳輸、顯示以及能源的柔性化?!鼻迦A大學柔性電子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(huán)境的高效共融,有助于構建“萬物皆互聯(lián)”的新時代。

柔性電子技術已應用于生物醫(yī)學領域,包括無創(chuàng)血糖測量、光電血氧傳感器、坐骨神經痛電信號采集、類皮膚柔性變形傳感器、碳納米纖維泡沫柔性壓力傳感器、皮膚柔性壓力傳感器等柔性醫(yī)用電子產品等。

在科幻電影中,芯片常常被植入人體來控制人類的行為。如果芯片像創(chuàng)可貼一樣粘在皮膚上,不對人體造成傷害,你會接受嗎?柔性電子技術的發(fā)展使這一大膽的思想成為現(xiàn)實——無創(chuàng)傷,可以應用于醫(yī)學感知,獲得大量的身體信號和數(shù)據(jù)。我們利用電流體動力打印技術打印健康體征檢測貼片,配合手持終端設備可檢測傳輸身體的各項數(shù)據(jù)信號,而且不影響人的正常生活。

例如,對于糖尿病患者來說,血糖監(jiān)測是治療的一個重要部分,但傳統(tǒng)的方法是一天刺幾次手指。我們可以使用柔性電子技術,只要它附著在皮膚表面,就可以驅動血管之間的葡萄糖流動,并進行監(jiān)測。

這種柔性電子集成器件集成了有機半導體和無機半導體技術的發(fā)展,使無機半導體器件具有拉伸、彎曲等變形特性。同時,它們還具有傳統(tǒng)無機集成器件和電路的高性能和可靠性。通過將溫度、應變和加速度等傳感元件集成到柔性電子設備中,它就像人類網絡,使人們能夠獲取物理信息;在未來,還必須突破諸如可靠的制備過程和動態(tài)容忍等技術挑戰(zhàn)。

這種新的電子裝置的硬度比人體組織小得多,因此當它附著在人體組織上時不會引起不適。北京大學航空航天固體力學研究所副教授李宇航指出,延展性是柔性電子的獨特力學性質。由于人體器官和組織的表面形態(tài)極其復雜,如果器械不具備延展性,就無法附著在傳統(tǒng)金屬絲所不具備的軟組織上。我們已經利用電流體動力噴印設備印刷具有自愈能力的柔性和可拉伸電子產品,印刷導體表現(xiàn)出極好的靈活性和延展性。

據(jù)聯(lián)合國統(tǒng)計,到本世界中葉,中國將有近5億人口將超過60歲。關注人類健康已成為未來社會需求的重要方向。特別是對老年人慢性疾病和嬰兒體征的實時監(jiān)測,已成為該新型醫(yī)療器械的重要應用方向,而其中柔性電子將發(fā)揮重要作用。

創(chuàng)可貼”測量血壓和血糖,衣服檢測生理指標,尿布監(jiān)測尿液,人造肌肉……這些智能可穿戴設備將由柔性電子技術制造。人們還可以通過遠程醫(yī)療進行健康監(jiān)測,以降低醫(yī)療成本,使公眾受益。

“柔性芯片技術可用于設計更輕、更軟的電子傳感系統(tǒng),可更好地適應機器人或人體,對環(huán)境更敏感。

目前,柔性電子技術已成為當今世界電子技術領域的研究熱點。澳大利亞對柔性電子技術的研究主要集中在太陽能電池上,利用柔性電子技術實現(xiàn)印刷,并印刷成太陽能電池等產品。昆士蘭大學教授、澳大利亞科學院院士Paul Bourne認為,靈活的電子技術的發(fā)展需要不同學科的人相互學習,求同存異,促進更多的合作。促進更多的創(chuàng)新和研究成果。

柔性電子技術的發(fā)展還處于起步階段,其最大的特點是交叉交叉,通過相互碰撞,吸引不同行業(yè)、不同學科的人們提供不同的思路和解決方案。

柔性傳感器也將在未來5G時代的發(fā)展中占據(jù)重要地位,“使設備靈活和可擴展,在沒有任何感覺的情況下佩戴在身體和手臂上,并呈現(xiàn)人體信息的所有數(shù)據(jù),這是未來柔性傳感器科學家追求的更高境界和追求。

    柔性電子技術的發(fā)展還需要整合各方優(yōu)勢資源和創(chuàng)新力量去推動它的發(fā)展,我們擁有先進的柔性打印設備以及行業(yè)領域內頂級教授歡迎各界人士交流學習。

 

 


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