柔性電子器的案例
《Biomaterials》陜科大劉新華/王學川、川大郭俊凌：受皮膚啟發柔性生物電子明膠水凝膠，用于促進傷口愈合和運動傳感
最近，
一種機械柔性、電活性和自修復水凝膠
(MESGel) 被設計用于電刺激加速傷口愈合和運動傳感的組合功能。
MESGel 具有出色的生物相容性和多功能治療特性，包括柔韌性、自愈特性、生物降解性和生物電活性。
圖
1. 多功能 MESGel 水凝膠的制備和應用示意圖。
(A)MESGel 的合成過程。(B)電刺激促進傷口愈合。(C)用于傷口愈合的 MESGel 生物傳感器的實時監測和反饋。
此外，MESGel 顯示了其作為記錄損傷運動活動的新型柔性電子皮膚傳感器的潛力。全面的體外和體內實驗證明，
MESGel 可以促進有效的電刺激
，積極促進中國倉鼠肺上皮細胞的增殖，因此可以在皮膚傷口愈合過程中加速有利的上皮生物學
，證明了全層皮膚缺損模型的有效治療策略并導致新型柔性生物電子學。
相關論文以題為Skin-inspired gelatin-based flexible bio-electronic hydrogel for wound healing promotion and motion sensing發表在《
Biomaterials
》上。
通訊作者
是
陜西科技大學
劉新華
博士
，
王學川
教授
，以及
四川大學
郭俊凌教授
。
參考文獻
：
doi.org/10.1016/j.biomaterials.2021.121026
展開 呂堅教授課題組《ACS AMI》:雙穩態驅動器snap出柔性電子新功能
基于雙穩態驅動器的可重構三維結構示例。
承接上述的研究思路，各種柔性器件能夠通過雙穩態致動器的突跳行為改變其三維構型進而改變器件的功能。我們采用有限元建模和實驗驗證的辦法演示可重構三維電子器件豐富的構型：不同的鍵合方式衍生出不同的三維構型（圖2b-d），不同的疊合方法變換出復雜的三維結構（圖2e-h）。三維可重構結構的多樣性為三維電子器件的功能拓展提供了大量的設計思路。
圖 3.由雙穩態結構驅動的頻率可重構單極子天線 (ESMA)。
圖 3 展示了頻率可重構單極子天線 (ESMA)，為可重構射頻電子器件的制造策略開辟了新途徑。可重構天線可以從工作模式 I可逆地折疊成工作模式 II，如圖 3b 所示。眾所周知，偶極子或單極子天線的工作頻率與其長度成反比。三維天線作為四分之一波單極天線工作，這意味著天線的有效長度是自由空間波長的四分之一。當天線切換至模式 II 后，所呈現構型的天線長度減半，致使天線的工作頻率翻倍。
這個工作報道了一種通過雙穩態智能驅動器構建三維可重構電子器件的策略。將柔性電子器件引入雙穩態智能驅動器，利用柔性智能驅動器對不同溶劑的突跳行為重構柔性電子器件。通過數值和實驗系統地研究了致動器的雙穩態行為、柔性電子襯底的三維構型。
展開 哈佛大學鎖志剛教授與科羅拉多大學Hayward教授 PNAS：基于離電子結的柔性溫度傳感器
從工業生產到日常生活，溫度傳感器在各個領域都起到了非常重要的作用。溫度傳感技術至少可以追溯到伽利略時代，它依賴于一個普遍的原理：溫度影響所有的物理性質，因而物性測量可以起到溫度計的作用。選擇何種物理屬性是精度、速度、成本和便捷性之間折中的結果。然而傳統電阻式溫度傳感器和熱電偶以硬材料為主，這大大地限制了其在復雜工程結構、生物組織等重要場景的應用。近幾十年來，軟材料的快速發展推動了柔性電子領域的興起，而柔性傳感器則被視為下一代可穿戴設備、智能織物、軟體機器人等發展的關鍵。
最近，哈佛大學鎖志剛教授與科羅拉多大學Ryan C. Hayward教授合作開發了一種基于離電子結的新型柔性溫度傳感器。該傳感器的傳感單元由離子導體、電子導體和介電層組成（圖1）。離子積聚在離子導體與介電層的界面處，而電子則積聚在介電層與電子導體的界面處。通常，積聚的離子數與電子數并不相等，因而在離子導體中會形成具有一定厚度（分子尺度）的離子云。當溫度發生變化時，離子云的厚度發生變化，繼而產生隨溫度變化的電壓。該溫度傳感器具有靈敏度高（~1 mV/K）、響應時間短（~10 ms）、自供電等優良特性，同時還具有多種傳感構型，能夠滿足不同的應用需求。由于離子導體、電子導體和介電層皆可為軟材料，該溫度傳感器具有柔性、可拉伸、透明等特點，可被廣泛應用于不規則物體表面溫度的精準測量。
圖1 工作原理
根據離子導體、電子導體和介電層的不同組合方式，溫度傳感器可設計成多種構型。
展開 一種用于電子器件熱管理的柔性相變材料
來源 | Journal of Energy Chemistry
01
背景介紹
隨著電子設備小型化和集成化的蓬勃發展，用于高級計算的微處理器的功率密度急劇增加。電子設備產生的大量熱量積聚在設備內部，例如集成電路。過熱引起的溫度升高會限制電子設備的工作適應性，導致頻繁的故障甚至自燃。因此，開發提高散熱效率的熱管理材料具有重要的意義。
相變材料(Phase change materials, PCMs)作為一種高效的熱管理材料，可以通過固-液相變過程吸收和釋放熱量。然而，PCMs存在漏液、導熱系數低、剛性強等固有缺陷，嚴重制約了其進一步的實際應用。大多數PCMs都表現出脆性和易碎性。當用作散熱器和加熱元件之間的熱界面材料(TIMs)時，這種現象會產生不可忽略的熱阻，從而對電子器件的熱管理效率產生不利影響。
柔性PCMs被認為是與物體接觸且能夠承受某些變形(例如，彎曲，拉伸和壓縮)的材料。雖然目前的PCMs具有優異的形狀穩定性和柔韌性，但由于難以加入導熱填料，其導熱性仍然有限。因此，當PCMs用作TIMs時，對靈活性和增強導熱性的要求仍然具有挑戰性。
02
成果掠影
近期，西南交通大學王勇和祁曉東團隊針對開發用于電子器件熱管理的柔性導熱相變材料取得最新進展。本文制備了聚二甲基硅氧烷/石蠟/氮化硼(PDMS/PW/BN)相變復合材料。首先通過刮削獲得BN沿平面(x-y方向)的排列，然后通過熱壓縮和滾切誘導BN沿平面(z方向)排列。因此，PW被交聯的PDMS/BN網絡包裹，從而形成與天然木材相似的年輪結構。年輪結構有效地避免了PW的液體泄漏，從而顯示出高達98%的高尺寸保留率。
展開 
液態金屬紙基柔性電子電路轉印技術問世
【前言】
紙張是人們日常生產生活中最為常見的一種材料，近年來在紙基材料上制作柔性電路的研究不斷涌現，并且紙基電子作為一種低成本的柔性電子產品，在智能傳感、可穿戴設備、生物醫療以及教育領域具有廣闊的應用前景。
【成果簡介】
近日，來自清華大學醫學院、中科院理化所及北京夢之墨科技有限公司的劉靜教授團隊成功研發出一種基于液態金屬的紙基轉印柔性電子的制備技術，并探索了其在柔性電子、紙基機器人等領域的應用可行性。該研究成果以“適應于在較寬范圍基底上制造柔性電子的液態金屬一步轉印法”（One-Step Liquid Metal Transfer Printing: Toward Fabrication of Flexible Electronics on Wide Range of Substrates）為題發表在國際知名期刊Advanced Materials Technologies上，論文第一作者為博士生國瑞，通訊作者為清華大學劉靜教授和理化所饒偉研究員。
研究小組發現，液態金屬鎵銦合金暴露在空氣中被氧化后，其表面形成的氧化膜在不同材料表面的粘附力存在明顯差異。一般而言，液態金屬在紙張材料上的粘附性往往較差，同時，大量實驗則發現，液態金屬在一種高分子聚合物材料——聚丙烯酸甲酯（PMA）基底上卻具有異常高的粘附力。
展開 用于電子皮膚熱管理的超薄、柔性、輻射式冷卻界面
來源 | Science Advances
原文 | https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adg1837
01
背景介紹
隨著柔性材料和加工技術的發展，柔性電子皮膚被視為下一代可穿戴電子設備的“新載體”。運用柔性電子設備結合無線通信技術可以提高信號采集的準確性和多樣性，在臨床檢測和精準醫療中有巨大應用潛力。
然而，柔性電路工作時會產生并積累焦耳熱，導致人體佩戴不舒適甚至面臨皮膚燒傷的風險。此外，戶外溫度、光線以及對流效應同樣會對柔性傳感系統的信號采集造成干擾。因此，開發可以與柔性電子設備良好結合的柔性材料，實現器件散熱、抗環境干擾等功能成為目前國際學界及工業界關注的前沿課題?，F有的熱管理技術主要以基于熱傳導和熱對流的方式進行散熱，但是這些散熱模塊因為自身體積、重量以及剛性等限制而不適用于可穿戴柔性電子設備中。
02
成果掠影
香港城市大學于欣格/雷黨愿團隊開發了一種通用的熱管理策略，通過使用超薄、柔軟的輻射冷卻界面（USRI），該界面允許通過輻射和非輻射傳熱來冷卻皮膚電子設備中的溫度，從而實現大于56°C的溫度降低。USRI的輕質和固有的柔性使其能夠用作適形密封層，因此可以很容易地與皮膚電子設備集成。從而可以演示包括柔性電路的焦耳熱被動冷卻，提高表皮電子器件的工作效率，以及穩定皮膚界面無線光電體積描記傳感器的性能輸出。這些結果為在先進的皮膚界面電子設備中實現有效的熱管理提供了一條替代途徑，用于多功能和無線操作的醫療保健監測。
展開 用于電子器件熱管理的高導熱性和低導電性的柔性薄膜
電子系統，包括化工生產中的電子控制器，具有更高的和對小型化、集成化、智能化。但是，電子設備的高度集成通常是伴隨著功率密度的增加和更多的熱量產生，在運行過程中熱量的積累這是很難消散的。過多的熱量積累可能導致電子設備性能下降，甚至因熱失控而損壞設備，嚴重時可能威脅到人的生命財產安全。因此，迫切需要開發更先進、更適用于集成電子設備的熱管理技術和材料。
相變材料(PSMs)通過相變來儲存和釋放熱能，由于其能量密度大、體積變化小、相變溫度相對恒定等特點，在熱管理領域具有很大的應用前景。PCMs憑借其優良的溫度控制和熱管理特性，被公認為過熱保護和電子器件的最佳熱管理材料。然而，固-液相變材料固有的導熱系數低、泄漏、剛性大是制約其在電子設備、5G等高端熱管理領域應用的關鍵問題。
此外，熱管理材料的導電性也應考慮在內電子設備。電子產品中有大量的電路集成芯片中，這將不可避免地產生漏電流。熱管理材料往往由于含有高導電性石墨烯、碳納米管(CNTs)等導電性高的導熱填料，因此容易引起短路。那么如何使相變材料具有優異的傳熱性能，同時能保持低的電導率下和優異的柔性是目前面臨的挑戰之一。
02
成果掠影
大連理工大學唐炳濤教授在制備具有高導熱和低電阻、以及優異的柔性的熱管理材料方面取得新進展。本文提出了一種新型的柔性熱管理相變薄膜PCPU/mCNTs。作者將烷基化改性碳納米管（mCNTs）設計成相變聚氨酯（PCPU）體系?；诟唠娮韬蚼CNTs的導熱性能，制備出的PCPU / mCNT薄膜表現出增強的導熱性和高電阻。
展開 被美國空軍看上，柔性電子將掀一場市場革
波音研究集團電子技術總監Per Beith說：“哪怕只是為55萬磅重的波音787夢幻客機減輕1%的重量，也已經相當于一輛車的重量了，并可為整個飛機機隊節省數十億美元的支出。柔性電子將創造一場使我們更成功的革命！”
柔性電子擴展新應用
Jabil展示柔性的塑料電路板，使用印刷在柔性基板上的導線和電路，以及安裝在其上的超薄型芯片。
另一項Jabil的化妝品應用采用1.5V的柔性印刷電池。
GE展示在NextFlex研制的兩代心電圖（ECG）傳感器原型；最新一代（圖上）可將電阻刻入塑料基板。GE希望能用于在近幾年內生產商用且可重復使用的電子醫療貼片，并在5年內發展出夠便宜且可一次性使用的產品。
波音公司展示幾種類型的飛機印刷天線，如圖中所示的10GHz產品。波音和美國空軍都在實驗能裝進飛機機翼的適形天線（conformal antenna）。
合約制造商Flex展示一款帶ECG傳感器的加熱運動衫，其中編織進柔性照明和加熱組件。這種柔性加熱組件也已經開始用于汽車后視鏡和滑雪護目鏡了。
美國史丹佛大學學生展示一款包覆一連串傳感器的機器手臂，使其得以在行進中進行偵測與避開物體。
Auburn展示一款安全腕帶，可用于監測在危險情況下工作的人員。目前的設計采用聚酰亞胺基板，但該團隊也正研究如何在其它塑料基板上使用增層印刷以利電路布局。
亞德諾（ADI）展示使用涂層柔性電路的雙面ECG傳感器。該公司還討論了各種挑戰，包括如何使柔性設計的成本夠低以實現商用，以及尋找能夠承受高溫組裝過程的生物兼容粘著劑與柔性材料等。
展開 印度與英國研究人員研發出柔性電子自我修復新技術
電柔性電子器件在可穿戴設備等小型裝置中應用潛力巨大，但彎折一段時間后里面的電路容易損壞，導致可靠性變差。印度和英國的研究人員日前宣布，他們聯合發明了一種可使柔性電子具有自我修復功能的技術，從而解決這一難題。柔性電子是一種把電子器件安裝在柔性、可延性塑料或薄金屬基板上的新興電子技術的通稱，柔性電子器件在一定范圍形變，例如彎曲、折疊、壓縮或拉伸的條件下仍能工作，應用領域非常廣泛。
通電后產生的電流和熱量使銅制微球移動形成鏈型簇。圖片來自網絡
如果能進一步改善其穩定性將大大拓展這種技術的應用場景印度科學研究所和英國劍橋大學的聯合研究團隊在美國期刊《物理評論應用》上發表論文說，他們將半徑為5微米的銅制微球懸浮在作為絕緣體的硅油中，并在硅油中浸入一個斷開的電路，以模擬損壞的電路。當在斷開的電路兩端加上電壓，懸浮的銅制微球開始移動并最終形成一個松散的鏈型簇，從而將斷開的電路連接。
研究人員表示，通電后產生的電流和熱量使銅制微球移動形成鏈型簇，并讓該鏈型簇保持穩定，從而構成類似電線的連接。這種銅制微球鏈的連接具有柔性和伸展性，該方法對電路的修復不需要其他稀有材料或添加任何復雜電路。
不過研究人員同時表示，該技術在應用到微電子設備上前還需要經過更多實驗驗證。
展開 材料｜Picosun推出柔性有機電子顯示產品用新型涂層解決方案
CINNO Research產業資訊，由于可折疊手機和其他未來電子產品的快速迭代需要更輕、更可靠并能夠折疊和拉伸的設備材料，有機電子產品的設計和制造過程中對材料涂布或沉積方法的改進有著急切地需求?？紤]到這些需求，薄膜封裝溶液的使用在有機電子產品的制造中變得越來越普遍。
根據外媒Picosun官網報道，眾所周知，近些年可折疊手機慢慢以商用產品地形式進入大眾視野，其中一些制造商已經進入了好幾代產品的設計和生產周期。與傳統封裝方法不同，薄膜封裝解決方案 (TFE，Thin Film Encapsulation) 在有機電子產品的設計制造 (OEM) 中的使用變得越來越普遍，因為它們更輕且能夠實現電子設備的折疊和拉伸性能。這些商業需求為開發高質量、可靠性和工藝集成度的TFE方案帶來了巨大的推動力。
在薄膜封裝領域，無機薄膜一直以來最受歡迎，例如那些通常與原子層沉積 (ALD) 工藝相關的薄膜。由于它們可以為制造方案提供多種優異特性，這些薄膜現在已經成為眾多電子設備的重要組成部分。原子層沉積 (ALD) 技術已被證明是半導體行業眾多應用的首選涂層解決方案。使用ALD設備沉積的致密的無機納米層可以增強產品對水汽的阻隔性能，而使用有機或混合分子層沉積 (MLD) 層又可以增強產品的柔性性能。
展開 浙江大學賈錚《AFM》用于柔性離子電子環境和機械穩定的離子凝膠
這項工作中報道的離子凝膠可能會導致軟離子電子學和性能穩定的可穿戴設備的發展。
參考文獻
：
doi.org/10.1002/adfm.202102773
版權聲明
：「
高分子材料科學
」旨在分享學習交流高分子聚合物材料學等領域的研究進展。上述僅代表作者個人觀點。商業轉載，投稿，薦稿或合作請后臺聯系編輯。感謝各位關注！
柔性電子 | 日本開發出高抗氧化性的銅鎳金屬復合物墨水
CINNO Research產業資訊，日本國立物質材料研究機構（NIMS）于2022年2月22日宣布，開發出了一種具有更好的抗氧化性印刷電子墨水，這種新墨水能以自組方式形成銅鎳核殼結構。有望作為一種價格低廉且穩定的金屬墨水被推廣使用。
目前主要用于印刷電子產品的銀納米粒子墨水價格昂貴，并且存在阻焊性低、容易產生遷移等缺點。另一方面，價格低廉的銅納米粒子墨水極易被氧化，用于印刷電子產品時，在生產和印刷過程中都需要特殊的設備和工藝。
NIMS研究小組，著眼于研究在大氣條件下可穩定使用的金屬復合物墨水。通過混合不同金屬的復合物，研究小組發現，根據墨水的組成和條件等，有可能將多層核殼結構打印到合金上。
根據這一原理，研究小組使用混合了銅及鎳復合物的墨水進行打印，以自組的方式形成了銅鎳核殼結構。銅鎳印刷線路的電阻率高達19μΩ?cm，這與傳統的金屬墨水的電阻率相當。
使用SEM（掃描式電子顯微鏡）對銅鎳墨水印刷的線路進行元素映射，觀測到銅粒子外圍覆蓋著鎳的核殼結構。使用HRTEM（高分辨率透射電子顯微鏡）觀測顯示，銅和鎳分別呈結晶狀態，通過一個明顯的界面結合在一起。
(上圖)通過SEM對銅鎳印刷線路的元素映射
(下圖）使用HRTEM進行的觀測
研究小組還發現，銅鎳墨水對柔性基板有很好的附著力，對焊料有很強的耐受性。
銅鎳墨水印在各種柔性基板上
基于這項研究成果，NIMS正在與住友金屬礦山和NIMS投資的priways合作開發添加到墨水中的精細銅粉。這兩家公司將于近期出貨樣品。
價格低廉且穩定的金屬墨水走向商業化，預計將會進一步促進印刷電子的普及。此外，通過采用該研究方法，還將會推動具有新功能墨水的研發。
- END -
展開 一種普適性柔性電子器件快速制備技術
近年來液態金屬取得了突破性進展，其在現代柔性電子領域顯示出巨大的應用前景。
基于半液態金屬墨水及其在不同基底表面的選擇性粘附機理，劉靜清華理化所聯合實驗室提出了一種具有普適性的柔性電子超快速制造技術——SMART (semi-liquid metal and adhesion-selection enabled rolling and transfer)，相關工作發表在Science China Materials上。該技術成本低，可用于制備大面積高精度液態金屬線路，且制造速率遠遠超過經典電子制造及液態金屬電路打印技術。
圖1 半液態金屬選擇性黏附滾動涂覆與轉印(SMART)流程圖
圖2 一系列大面積導電圖案
劉靜等人制備了一系列具有優良的電學穩定性和適應性的柔性、可拉伸電路，如多層電路、大面積電路以及拉伸傳感器等。此外，基于該技術制備的液態金屬電路具有可回收的優點。該技術的實施無需復雜設備，有望在今后的工業生產和個人消費電子領域發揮重要作用。
該研究論文最近發表于Science China Materials, 2018, doi: 10.1007/s40843-018-9400-2。
展開 全球柔性電子皮膚進展梳理 它離真正的人體皮膚還有多遠？
電子皮膚最初出現在大眾的視野中是科幻作品，比如《星球大戰》的假手和《終結者》中的機器人。使用電子設備重建皮膚的特性在醫療、機器人、人造假肢、可穿戴設備等諸多領域，都有著很好的應用前景。尤其是能夠無縫粘附到人體皮膚或體內的電子皮膚，對于諸如健康監測[1]，醫學治療[2]，醫療植入物[3]和生物學研究[4]，和人機界面的技術及軟機器人和增強現實[5]等方面意義巨大。本文從柔性電子皮膚的基本原理、發展現狀以及簡單的展望三個方面對該領域進行闡述，希望讀者能通過本文對該領域有一個基礎的了解。
一、電子皮膚的理論基礎
人體皮膚上的電子器件通常包括但不限于兩種類型的組件：用于人類交互的輸入/輸出設備（輸入可以是例如傳感器元件；輸出可以是顯示器），以及用于人體交互的電子電路。采用不同的傳導方法將外部的刺激轉化為電信號是電子皮膚研究的基本理論基礎. 常見的方法有電阻式、電容式和壓電式傳感技術.
電阻式壓覺傳感器主要是通過所加載的力來改變導電材料之間的接觸電阻和導電復合材料中的電路傳導路徑來達到檢測力的目的，柔性的電阻式傳感器單元通常選用硅橡膠以及柔性聚合物材料等作為柔性基體。電容式壓力傳感器主要采用傳統的三層結構, 上層、中間層和下層。上層復合驅動電極, 底層復合感應電極，中間層一般使用超彈材料。當在平行板電容的表層加載力時, 會引起感應電極和驅動電極之間的極板面積和距離發生變化, 通過電容的變化, 達到檢測的目的。壓電式傳感器是基于正壓電效應的傳感器. 正壓電效應指的是: 當晶體受到某個固定方向的外力作用時, 在晶體的內部就會產生電極化現象, 晶體的兩側產生相反電荷。壓電式傳感器是一種機電轉換式和自發電式傳感器.
展開 寧波圓芯孫俊峰：印刷柔性半導體技術為電子紙提供低成本背光替代方案
寧波圓芯電子有限公司 技術總監 孫俊峰
作為特邀嘉賓，寧波圓芯電子有限公司技術總監孫俊峰向與會領導及同仁詳細介紹了基于卷對卷印刷的柔性半導體及傳感電子器件技術，以實現可卷曲、可折疊、可彎曲的特性，能夠為電子紙的應用提供高性能、低成本的背板替代解決方案。
寧波圓芯電子有限公司是一家集研發、生產和銷售于一體的平臺化印刷柔性電子生產企業。針對柔性電子行業技術痛點，寧波圓芯電子團隊研發了多種類印刷電子功能墨水（導電墨水、半導體墨水、high-k介電墨水等）、R2R印刷柔性電子產線設備及印刷柔性集成電路工藝。其中，半導體墨水、介電墨水、R2R印刷柔性電子產線設備填補了國內印刷產業的技術空白。
寧波圓芯電子聚焦集成電路及傳感器領域，通過將柔性電子印刷技術與傳感器深度融合，創新研發生產一系列可用于脈搏檢測，胎心監測，壓力檢測等產品，解決重大慢病檢測、健康養老、日常保健等社會問題提供新的技術與方案。
例如壓電式柔性薄膜壓力傳感器擁有獨一無二的特性，作為一種動態應變傳感器，非常適合應用于人體皮膚表面或植入人體內部進行生命信號監測。而且由于其極高的靈敏度以及特殊的檢測原理，足以隔著衣物對人體脈搏進行檢測，非常適合用于健康觀測和運動監測。
陣列分布式柔性薄膜壓力傳感器是通過精密的印刷工藝，將力敏感材料、銀漿等材料以納米級別印刷到柔性薄膜基材上，經紅外干燥固化而制成。由于其量程大，精度高，以及響應速度快，易彎折，可隨意定制外形等特點，可廣泛應用智能床墊，智能穿戴，以及庫存管理等場景。
電子紙智慧辦公應用市場分析報告
第一章 電子紙智慧辦公產業概述
1. 產品介紹與解決方案
1.1 產品介紹
1.2 解決方案
2. 產業發展歷程
第二章 市場現狀和趨勢
1.
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