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(要闻)柔性电子,不断刷新你的认知

来源:莆田新城网作者:濯昊英更新时间:2020-10-25 07:30:02 阅读:

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游客在柏林第58届国际消费电子展上体验柔性oled电视。(新华社)

在第二届柔性电子国际学术会议上,R&D人员展示了可以随意弯曲的超薄柔性芯片。周伟照片

不久前,华为首款折叠屏手机成为热议焦点。方形、坚硬、不可逆的屏幕怎么折叠?折叠屏其实只是柔性屏的一种,它是从柔性电子技术的积累中发展起来的——它会不断刷新人们的认知,无论是外形还是功能都带来新的体验。

生活中,柔性电子不只是折叠屏幕。未来,从手机、平板电脑、电视等日常电子产品的发展,到医疗、信息、能源、国防的发展,柔性电子都将大展拳脚。最近召开的第二届柔性电子国际学术会议期间,中国科协推出的“科学麻辣烫”沙龙,聚焦柔性电子的技术发展,邀请了众多行业专家学者,畅谈柔性电子将如何改变人类的未来。

“软化强化”有助于万物互联

“人机交互”是一个神奇的词,形象地解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,科学家们正试图通过柔性电子设备建立一个人与外界的信息传输系统。

柔性电子学的概念可以追溯到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,从而使有机电子器件变得灵活。

2006年,科学界首次提出韧性无机柔性电子的概念,在不改变其电子性质的情况下,实现了脆性硅膜的柔性和延展性。然后,进行了结构优化设计,使电子器件具有更好的力学性能,能够承受拉伸、扭转和弯曲等复杂变形。

鉴于市场上折叠屏手机产品种类繁多,清华大学材料科学研究所副所长杨慎认为,屏幕的折叠主要是由于显示材料的灵活性。但是折叠屏手机不够灵活,因为每个手机里面有上百个关键的电子元件,还是比较硬的。“未来,如果这些电子元件的灵活性足够高,手机不仅可以对折,还可以卷曲甚至完全折叠。”

通过“软化和硬化”来创建电子设备的新应用形式。柔性电子技术可以改变传统信息设备和系统的刚性物理形式,实现信息获取、处理、传输、显示和能量的灵活性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,柔性电子技术已经应用于生物医学领域,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用电子产品,等等。

电子创可贴不是梦

在科幻电影中,往往会有一座桥梁将芯片植入人体,从而控制人类的行为。而且如果芯片像创可贴一样贴在皮肤上,不会对人体造成伤害,你会接受吗?柔性电子技术的发展将这一大胆的想法变为现实——它可以应用于医学感知,无创伤地获得大量的身体信号和数据。

“比如对糖尿病人来说,血糖监测是治疗中的重要环节,但传统的方法是一天扎几次手指。我们可以使用灵活的电子技术来驱动血管之间的葡萄糖流动,并监控它,只要它附着在皮肤表面。”冯雪说。

据柔性电子技术团队冯雪介绍,清华大学设计制造了一种低成本的柔性电子设备,可以大规模监测人体体温和心电信息。它就像一个贴在人体表面的创可贴,薄膜中嵌入了一个灵活的监控芯片。它可以将生理指标无线上传到手机应用程序或云端,让用户快速方便地了解身体信息,并可以重复使用。目前已通过国家食品药品监督管理局和欧盟ce认证。

(要闻)柔性电子,不断刷新你的认知

柔性电子集成器件,如这些,结合了有机半导体和无机半导体技术的发展,使得无机半导体器件具有拉伸和弯曲等变形特性,并具有传统无机集成器件和电路的高性能和高可靠性。“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‘人体联网’,可以实现对身体体征信息的采集;未来需要突破可靠的制备工艺、动态容差等技术挑战。”新加坡南洋理工大学材料科学与工程学院教授陈晓东说。

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“这种新型电子设备的刚度比人体组织小得多,所以附着在人体组织上后不会对人体造成不适。”北京航空航天大学固体力学研究所副教授李宇航指出,延展性是柔性电子器件特有的力学性能。因为人体器官组织的表面形态极其复杂,如果器械没有延展性,就无法附着在软组织上,而传统的金属丝是没有的。

据联合国统计,到本世纪中叶,中国将有近5亿人超过60岁。关注人类健康已经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儿体征的实时监测已经成为这种新型医疗设备的一个重要应用方向。

测量血压和血糖的创可贴、检测生理指标的衣服、监测尿液的尿布、人造肌肉等。这些智能可穿戴设备的制造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健康监测,以降低医疗成本,造福公众。

“利用灵活的芯片技术,我们可以设计出更轻、更软的电子传感系统,这些系统可以更好地适应机器人或人体,并对环境更加敏感。”柔性电子与智能技术全球研究中心柔性芯片技术研发团队负责人王波表示,柔性芯片将继续对人工智能和医学领域产生深远影响。

聚集多学科智慧,共同努力克服困难

当今,柔性电子技术已经成为世界电子技术领域的研究热点。“澳大利亚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,并印刷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,以促进更多的合作,促进更多的创新和研究成果。

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在这次会议上,柔性电子和智能技术全球研究中心的R&D团队还发布了两种可以随意弯曲的超薄柔性芯片。两种芯片的厚度都小于25微米,不到一根头发直径的四分之一。

R&D人员演示了由两个柔性芯片组成的柔性微系统的功能。两个灵活的芯片是运放芯片和蓝牙soc芯片,其中运放芯片可以放大模拟信号,蓝牙soc芯片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,而且具有良好的灵活性。用两个手指夹住,轻轻捏一下,柔性芯片就会弯成弧形,没有损伤。

但冯雪指出,柔性电子的技术发展还处于起步阶段,最大的特点是跨学科,通过碰撞吸引不同行业、不同学科的人提供不同的思路和解决方案。

在陈晓东看来,未来的柔性传感器将在5g时代的发展中占据重要地位。“未来的柔性传感器使设备具有柔性和可扩展性,无感觉地佩戴在身体和手臂上,呈现所有关于人体信息的数据,是科学家们更高的境界和追求。”。

为此,柔性电子技术协同创新中心和清华大学柔性电子技术研究中心共同发起成立了flex学术联盟。联盟整合了各方的优势资源和创新力量。下一步将通过共建、共享和共享,构建柔性电子技术生产、教育和研究的生态系统,大力推动柔性电子技术从实验室走向产业化。(记者郭靖远)

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