不久前,华为首款可折叠屏手机一发布就成为了热议的焦点。一个四四方方、坚硬、不可扭转的屏幕如何折叠?事实上,折叠屏只是柔性屏的一种,是基于柔性电子技术积累而发展起来的——无论是外观还是功能都会不断刷新。人们的认知带来新的体验。 在生活中,柔性电子产品不仅仅是可折叠屏幕。
未来,从手机、平板、电视等日常电子产品的发展到医疗、信息、能源、国防等领域的发展,柔性电子将大显身手。近日召开的第二届国际柔性电子学术大会期间,中国科协发起的“科学麻辣烫”沙龙活动聚焦柔性电子技术发展,邀请多位行业专家学者共同探讨柔性电子将如何变革人类的未来。 “软化刚性”助力万物互联 “人机交互”是一个神奇的词,形象地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,科学家们正在尝试利用柔性电子设备作为媒介,建立人与外界之间的信息传输系统。 柔性电子的概念可以追溯到20世纪80年代开始的有机电子学研究。人们试图用有机半导体代替硅等无机半导体,使有机电子器件变得柔性。 2006年,科学界首次提出可拉伸无机柔性电子器件的概念,在不改变其电子性能的情况下,在脆性硅薄膜中实现了柔性和延展性。
后来衍生出一些优化的结构设计,使得电子设备的机械性能更好,可以承受拉伸、扭转、弯曲等复杂的变形。 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沉阳认为,屏幕的折叠主要是由于显示材料的柔性所致。但可折叠屏手机还不够“软”,因为每部手机中都有数百个关键电子元件,而这些元件仍然很硬。 “未来,如果这些电子元件的柔韧性足够高,手机不仅可以对折,还可以卷起来甚至完全折叠。
” “以柔化刚”打造电子设备应用新形态。 “柔性电子技术可以改变传统信息器件和系统刚性的物理形态,实现信息获取、处理、传输、显示和能源的灵活性。
”清华大学柔性电子技术研究中心主任薛峰表示,柔性电子将促进信息与人、物、环境的高效融合,有助于构建“万物互联”的新时代。 冯雪告诉记者,柔性电子技术在生物医学领域发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、类皮肤柔性形变传感器、碳纳米纤维等。
泡沫柔性压力传感器、类肤柔性压力传感器等系列柔性医疗电子产品等。 电子“创可贴”不是梦 科幻电影中,经常出现将芯片植入人体来控制人类行为的场景。而如果一个芯片像创可贴一样贴在皮肤上而不会对人体造成伤害,你会接受吗?柔性电子技术的发展让这一大胆的想法变成了现实——在没有伤口的情况下,可以应用于医学传感,获取大量的身体信息信号和数据。
“比如对于糖尿病患者来说,血糖监测是治疗的重要一环,但传统的方法是每天扎几次手指。但我们可以利用柔性电子技术将其粘贴在皮肤表面。驱动血管间的葡萄糖流动并对其进行监测。” 冯雪介绍,清华大学柔性电子技术团队设计并量产了柔性电子器件,价格便宜,可以监测人体体温和心电图它像创可贴一样的薄膜中嵌入了柔性监测芯片,贴在人体表面,可以将生理指标无线上传到移动应用程序或云端,让用户快速方便地了解身体信息,可重复使用,目前已通过国家药品审批监管局和欧盟CE认证。
此类柔性电子集成器件结合了有机半导体和无机半导体技术的发展,使无机半导体器件具有可拉伸、可弯曲等变形特性,同时保留了传统无机集成器件和电路的高性能和高可靠性。性别。
“通过在柔性电子设备上集成温度、应变、加速度等传感元件,就像‘人体互联网’,可以实现身体体征信息的获取;未来,我们需要突破可靠的制备工艺和动态耐受性等技术。挑战。”新加坡南洋理工大学材料科学与工程学院教授陈晓东说。
“这种新型电子设备的刚度比人体组织小很多,所以贴在人体组织上后不会给人体带来不适。”北京航空航天大学固体力学研究所副教授李宇航指出,延展性能是柔性电子产品独有的机械性能。由于人体器官和组织的表面形态极其复杂,如果设备没有延展性,就无法附着在软组织上,而传统的电线则不然。
据联合国统计,到本世纪中叶,中国60岁以上人口将接近5亿。对人类健康的关注已成为未来社会需求的重要方向。
尤其是对老年人慢性病和婴幼儿体征的实时监测已成为这种新型医疗设备的重要应用方向。 测量血压、血糖的“创可贴”、检测生理指标的衣服、可以监测尿液的尿布、人造肌肉……这些智能可穿戴设备的制造都将通过柔性电子技术来实现。人们还可以通过远程医疗进行身体健康监测,降低医疗成本,造福大众。
“利用柔性芯片技术,我们可以设计出更薄、更柔软的电子传感系统。它们可以更好地贴合机器人或人体,对环境的感知也会变得更加灵敏。
”全球柔性电子与智能技术研究中心柔性芯片技术研发团队负责人王波表示,柔性芯片将持续对人工智能、医疗等领域产生深远影响。 汇聚多学科智慧,携手攻坚 如今,柔性电子技术已成为全球电子技术领域的研究热点。 “澳大利亚对柔性电子技术的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们相互学习、求同存异,促进更多的合作、创新和研究成果。
在本次大会上,全球柔性电子与智能技术研究中心研发团队还发布了两款可随意卷曲、弯曲的超薄柔性芯片。两种芯片的厚度都不到 25 微米,不到人类头发直径的四分之一。
研发人员现场演示了由两块柔性芯片组成的柔性微系统的功能。这两个灵活的芯片是运算放大器芯片和蓝牙SoC芯片。运算放大器芯片可以放大模拟信号,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,新发布的柔性芯片不仅非常薄,而且非常灵活。用两根手指夹住并轻轻捏住,柔性芯片会弯曲成弧形但不会损坏。 不过,冯雪指出,柔性电子技术的发展仍处于起步阶段。其最大的特点是多学科的交叉,吸引不同行业、不同学科的人聚集在一起,相互碰撞,提供不同的思想和问题的解决方案。
。 在陈晓东看来,柔性传感器也将在未来5G时代的发展中占据重要地位。
“让设备可弯曲、可伸展,这样它就可以无任何感觉地佩戴在身体或手臂上,并且可以呈现有关人体的信息。所有数据,这是科学家对未来柔性传感器的更高境界和追求。” 对此,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Flex.net学术联盟。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、共享,打造柔性电子技术产学研生态系统,大力推动柔性电子技术从实验室走向产业化。