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柔性電子不斷刷新認知 電子“創可貼”不是夢

2019年08月06日 07:17   來源:中國經濟網—《經濟日報》   經濟日報·中國經濟網記者 郭靜原 實習生 程曼詩

  參觀者在第58屆柏林國際消費電子展上體驗柔性OLED電視。(新華社發)

  在第二屆柔性電子國際學術大會上,研發人員現場展示可任意卷曲彎折的超薄柔性芯片。周 燁攝

  前不久,華為首款折疊屏手機一經發布便成了人們熱議的焦點。四四方方、堅硬、不可扭轉的屏幕如何做到折疊?其實,折疊屏只是柔性屏的一種,是在柔性電子技術的積累上發展而來——無論在外形還是功能上都將不斷刷新人們的認知,帶來全新體驗。

  生活中,柔性電子可不只折疊屏。未來,從手機、平板電腦、電視這些日用電子產品開發,到醫療、信息、能源、國防等多領域發展,柔性電子都將一展身手。在日前舉行的第二屆柔性電子國際學術大會期間,由中國科協推出的“科學麻辣燙”沙龍活動聚焦柔性電子技術發展,邀請多位行業專家學者共話柔性電子將如何改變人類未來。

  “以柔化剛”助力萬物互聯

  “人機交互”是一個有魔力的詞語,它生動詮釋了從人類適應計算機到計算機不斷適應人類的發展過程。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。

  而柔性電子概念的提出,可追溯到對有機電子學的研究,大約起步于上世紀80年代,人們試圖用有機半導體替代硅等無機半導體,從而使有機電子器件具備柔性特點。

  2006年,科學界首次提出了可延展無機柔性電子的概念,并實現在脆性硅薄膜不改變其電子學性能的情況下具有柔性和延展性。隨后又衍生出一些優化的結構設計,使得電子器件的機械性能更加優良,可以承受拉伸、扭轉、彎曲等復雜變形。

  針對目前市場上種類繁多的折疊屏手機產品,清華大學材料學院副院長沈洋認為,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關鍵電子元器件,這些器件依然是硬質的!拔磥,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!

  “以柔化剛”打造電子器件應用新形態!叭嵝噪娮蛹夹g可以改變傳統信息器件、系統的剛性物理形態,實現信息獲取、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、環境的高效共融,有助于構建“萬物皆互聯”的新時代。

  馮雪告訴記者,柔性電子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、碳納米纖維泡沫柔性壓力傳感器、類皮膚柔性壓力傳感器等系列柔性醫療電子產品,等等。

  電子“創可貼”不是夢

  科幻電影里,時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法照進現實——沒有傷口,就能應用于醫療感知并獲取大量身體信號和數據。

  “比如對糖尿病人來說,血糖監測是治療中的一個重要環節,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,只要貼在皮膚表面就能驅動血管之間的葡萄糖流動并開展監測!瘪T雪說。

  馮雪介紹,清華大學柔性電子技術團隊已設計和大規模制備出價格低廉、且能夠監測人體體溫和心電信息的柔性電子器件。它形似創可貼的膠片里鑲嵌可彎曲的監測芯片,貼附在人體表面,可將生理指標無線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,目前已通過國家藥監局和歐盟CE認證。

  諸如此類的柔性電子集成器件,融合了有機半導體和無機半導體技術的發展,使無機半導體器件具有可拉伸、可彎曲等變形特點,同時兼備傳統無機集成器件和電路的高性能、高可靠性!巴ㄟ^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‘人體聯網’,可實現對體征信息的獲;未來,還需要突破可靠的制備工藝、動態耐受性等技術挑戰!毙录悠履涎罄砉ご髮W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多,因此貼附到人體組織上后,不會造成人體的不適感!北本┖娇蘸教齑髮W固體力學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,是無法貼附在柔軟組織上的,而這一點傳統導線并不具備。

  據聯合國統計,到本世紀中期,中國將有近5億人口超過60歲。對于人體健康的關切,成為未來社會需求的重要方向。特別是針對老年人慢性疾病和嬰幼兒體征的實時監測,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柔性電子技術實現。人們還可以通過遠程醫療的方式開展身體健康監測,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,對環境的感知也將變得更加靈敏!比嵝噪娮优c智能技術全球研究中心柔性芯片技術研發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域產生深遠影響。

  集聚多學科智慧協力攻堅

  如今,柔性電子技術已成為世界范圍內電子技術領域的研究熱點!鞍拇罄麃喌娜嵝噪娮蛹夹g研究主要集中在太陽能電池領域,利用柔性電子技術實現印刷,并打印成太陽能電池等產品!卑拇罄麃喞ナ刻m大學教授、澳大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球研究中心研發團隊還發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,不到一根頭發絲直徑的四分之一。

  研發人員在現場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行放大處理,而藍牙SoC芯片則集成了處理器和藍牙無線通信功能。與傳統芯片相比,最新發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,柔性芯片就會彎成弧形但不會損壞。

  不過馮雪指出,柔性電子技術發展目前還處于起步階段,其最大的特點是多學科交叉,將不同行業、不同學科的人吸引在一起,通過彼此碰撞以提供不同思路及問題解決方案。

  在陳曉東看來,未來柔性傳感器還將占據5G時代發展的重要位置,“把設備做成可彎曲、可延展的狀態,戴在身上、手臂上沒有任何感覺,并且可以呈現關于人體信息的所有數據,這是科學家對未來柔性傳感器更高的境界和追求”。

  對此,柔性電子技術協同創新中心與清華大學柔性電子技術研究中心共同發起成立Flex.net學術聯盟。該聯盟整合了各方優勢資源和創新力量,下一步將通過共建、共享、共用,構建柔性電子技術產學研生態系統,大力推進柔性電子技術從實驗室走向產業化。(經濟日報·中國經濟網記者 郭靜原 實習生 程曼詩)

(責任編輯:劉朋)

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柔性電子不斷刷新認知 電子“創可貼”不是夢

2019-08-06 07:17 來源:中國經濟網—《經濟日報》
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