柔性電子器件力學的案例
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 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。基于高電阻和mCNTs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 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 南工IAM黃維院士、于海東教授、呂剛教授《Nano Energy》：在日常用品表面集成多種功能的柔性智能電子器件
研制在聚合物等功能材料表面集成多種功能的柔性智能電子器件正成為新興電子產業的一種發展趨勢，可以將多種功能集成在一種可穿戴器件上，能夠實現日常生活的多種智能應用，在人類健康和人體活動監測等方面具有廣闊的應用前景。但是，讓一種器件具有多種智能顯然具有很大的挑戰，僅僅器件的制備流程就比較復雜。因此，如何研發簡便的制備方法，確保日常生活用品能夠承擔多種新功能就變得越來越重要，將對可穿戴柔性智能電子器件的發展產生深遠的影響。
近期，南京工業大學先進材料研究院的黃維院士、于海東教授和呂剛教授團隊開發了一種電子智能創可貼，通過簡單地將銀納米線網絡和聚四氟乙烯/聚二甲基硅氧烷混合物涂覆在傳統的創可貼表面，可以賦予傳統創可貼多種新的功能。制備的智能創可貼能夠表現出卓越的摩擦電特性和優異的應變傳感特性。這種創可貼不僅可以像傳統創可貼一樣用來療養傷口，還可以實現自供電的活動傳感和人機互動交流，為研發多功能傳感器件提供了一種廉價、方便和高效的方案，為可穿戴柔性智能電子器件的創新性發展開辟出廣闊發展空間。這項研究工作以“Smart band-aid: Multifunctional and wearable electronic device for self-powered motion monitoring and human-machine interaction”為題發表在期刊《Nano Energy》上。（DOI:10.1016/j.nanoen.2021.106840）
圖 1. 電子智能創可貼的設計和柔性的展示。
展開 
產業研究 | PIF聚酰亞胺薄膜：在柔性電子器件中，為什么要求低熱膨脹系數和高透光性？
聚酰亞胺因其優異的耐熱性、尺寸穩定性、柔韌性等性能，在柔性器件中應用越來越廣泛。在柔性顯示或器件用聚酰亞胺技術方面，本周有6篇新公開專利，包括低CTE、高透光性、高Tg、高拉伸模量、提高膜透射率、耐彎折性等方向的研究。
本文分兩個部分：一、簡要介紹了低CTE的原因，實現聚酰亞胺薄膜（PIF）低CTE的方法。二、顯示用PIF要求高透光性的原因及常用方法的缺點。
聚酰亞胺是指分子鏈含有酰亞胺環的一類高分子材料，具有高力學性能、耐高低溫、阻燃、耐輻照等優異性能。其產品包括薄膜、纖維、樹脂、泡沫、復合材料等，廣泛應用于國防軍工、微電子、車輛、化工等領域。其中，薄膜材料作為聚酰亞胺最早的商品之一，應用于絕緣領域，主要產品有杜邦的Kapton，宇部興產的Upilex，鐘淵的Apical等。隨著科學技術的發展，電子產品逐漸向小型化、輕便化、可折疊方向發展，對柔性基板材料的耐熱性、尺寸穩定性、柔韌性提出了更高的要求，聚酰亞胺由于其優異的綜合性能，成為柔性基板領域最有潛力的應用材料。
一、柔性器件中，為何要求PIF具有低熱膨脹系（CTE）？
低熱膨脹系數：在柔性器件中，聚酰亞胺要與銅、硅片等材料結合在一起，如果兩種材料的熱膨脹系數各不相同，在受到冷熱作用后，就會發生翹曲、開裂。銅的熱膨脹系數是18ppm/℃，硅片在10ppm/℃以下，而普通聚酰亞胺薄膜的熱膨脹系數為40～60ppm/℃，因此降低熱膨脹系數是聚酰亞胺薄膜需要解決的問題之一。
當前降低PIF熱膨脹系數的方法有哪些呢？
方法一：PIF制備過程采用牽伸工藝，使分子鏈沿牽伸方向取向，從而降低薄膜的熱膨脹系數。
展開 清華大學張瑩瑩AM: 一篇綜述帶你領略柔性可穿戴電子器件中碳材料的風采
【團隊介紹】
張瑩瑩課題組隸屬于清華大學化學系，兼屬清華大學微納米力學與多學科交叉創新研究中心。主要圍繞納米碳材料和絲蛋白材料的制備科學、物理與化學性能開展研究，重點發展面向柔性可穿戴系統的新型電子材料與器件。
Mater.綜述：納米線組裝體制備柔性電子器件——最新進展和展望
與它們的塊體材料相比，低維納米材料具有更高的載流子遷移率和尺寸相關的物理化學性質，在高性能電子器件中顯示出巨大的潛在應用價值，因此吸引了廣泛關注。在各種納米結構中，一維納米結構，如納米線(NW)，由于其獨特的大表面體積、二維限制結構以及電學和光電特性，引起了廣泛關注。由于其優異的機械柔性和量子傳導 (如電子、聲子和光子)的能力，NW非常希望構筑柔性電子器件。因此，各種基于NW的柔性器件，如場效應晶體管、柔性顯示器件、柔性光電檢測器、柔性生物傳感器和柔性能量存儲器件，已經被證明顯示出優于薄膜器件的性能。將單個NW集成到大面積的有序的結構中是連接在NW合成和器件制造之間的重要橋梁，是優化基于NW的柔性電子器件性能的最重要策略之一。首先，組裝好的NW結構將會通過它們的組裝結構產生直接和間接相互作用，使NW組裝體產生的獨特光學、磁性、電學和光譜特性用于柔性電子設備的制備。NW組裝體產生的特性不僅是來源于NW本身比表面積的急劇增加，也是由于集成效果所導致的。進一步，基于納米線組裝體的柔性電子器件與傳統的電子器件相比可以節約更多的材料，具有更好的抗疲勞度以及通用性，包括消費品(顯示器、傳感器和致動器)、能源(光伏、電池和照明)、通信(RFID)、醫療保健(傳感器)和國防(傳感器、光伏和顯示器)設備。當然，將NWs任意組織成密集高效的納米電路是比較困難的，但是自下而上的組裝技術使我們能夠精確的設計和下組裝高密度陣列并用于相應器件的制備。
2. 1D NW 裝體柔性電子器件
可穿戴電子設備可以連接到“物體”上，用于直接數據收集或者為便攜式器件提供熱能或電能，被認為是最有應用前景下一代電子皮膚。在各種材料中，易于編織成紡織品的纖維狀電子器件是最適合制備可穿戴電子產品的候選產品。
展開 【電子元器件知識】- 常見的電子元器件有哪些
摘要：
電子元器件包括：電阻、電容器、電位器、電子管、散熱器、機電元件、連接器、半導體分立器件、電聲器件、激光器件、電子顯示器件、光電器件、傳感器、電源、開關、電子變壓器、繼電器、印制電路板、集成電路等等
電子元器件是電子元件和電小型的機器、儀器的組成部分，其本身常由若干零件構成，可以在同類產品中通用；米思米 www.misumi.com.cn機械設備供應商，為各行各業提供高品質電子元器件標準零件，包括電器、無線電、儀表等工業的零件，如電容、晶體管、游絲、發條等子器件的總稱。
電子元器件包括：電阻、電容器、電位器、電子管、散熱器、機電元件、連接器、半導體分立器件、電聲器件、激光器件、電子顯示器件、光電器件、傳感器、電源、開關、微特電機、電子變壓器、繼電器、印制電路板、集成電路、各類電路、壓電、晶體、石英、陶瓷磁性材料、印刷電路用基材基板、電子功能工藝專用材料、電子膠（帶）制品、電子化學材料及部品等。
電子元器件的分類
一、元件：工廠在加工時沒改變原材料分子成分的產品可稱為元件，元件屬于不需
要能源的器件。它包括：電阻、電容、電感。
元件分為：
1、電路類元件：二極管，電阻器等等
2、連接類元件：連接器，插座，連接電纜，印刷電路板(PCB)
二、器件：工廠在生產加工時改變了原材料分子結構的產品稱為器件
器件分為：
1、主動器件，它的主要特點是：(1)自身消耗電能(2)需要外界電源。
2、分立器件，分為(1)雙極性晶體三極管(2)場效應晶體管(3)可控硅(4)半導體電阻電容
展開 《AFM》：一種自界面柔性熱器件！
圖5.STD作為柔性透明加熱器的應用。A)概念圖，顯示在彎曲半徑為10 mm的彎曲基板上應用的STD和NTD。在直流電壓為5V(輸入功率為0.25W)的情況下，用紅外熱像儀檢測了加熱器和基板的橫截面溫度梯度。B)施加電壓5min后彎曲基板上的(i)STD和(ii)NTD的紅外熱像。C)熱器件(STD和NTD)和彎曲基板的表面溫度作為電壓施加時間的函數。D)在施加5V電壓5min后，在不同的水平位置，熱器件(STD和NTD)表面與襯底之間的溫度差。
綜上所述，本文提出了一種自界面柔性熱器件，通過滲流AgNW熱網絡和仿生粘合劑結構的集成設計，通過最大化界面處的VDW耦合，可以最大限度地減少接觸界面處的熱損失。
在不施加外壓或表面化學處理的情況下，STD的最大粘接強度為538.9 kPa，較低的TCR為0.012m2 K kW?1。因此，它可以高效、均勻地將熱量傳遞到平面或曲面襯底上。通過將其他導電納米材料(例如，石墨烯)或表面化學物質(例如，自組裝單分子膜)加入到自接口器件中，可以潛在地進一步降低自接口器件的TCR。
展開 柔性紙基集成器件研究取得進展！
柔性傳感器可穿戴或植入人體，并可檢測周圍環境信息，在醫療健康領域受到廣泛關注。然而，作為用電器件的傳感器自身并不能獨立工作，需要電源為其供電。平面型微型超級電容器（MSC）作為新型的微型電化學儲能器件易與傳感器或其它電子器件進行有效集成。一般的方法是將傳感器與電源通過外接導線連接，但在柔性可穿戴技術中引起不便。如何將柔性和無線電源與傳感器集成到同一芯片，是當前研究所面臨的挑戰。
紙質材料成本低、可即用即棄，并具有多孔和粗糙的纖維結構，可以增強其與電子器件的結合力。由于纖維素孔隙引起的毛細作用使通過印刷技術印刷的墨水材料在紙基表面擴散，導致形成的圖案質量較差。
紙基自供電傳感器的集成示意圖與實物圖
中國科學院蘭州化學物理研究所清潔能源化學與材料實驗室研究員閻興斌團隊通過絲網印刷技術，在濾紙表面形成金屬Ni叉指化集流體，并結合后續的電鍍技術增強集流體的導電性，并抑制金屬Ni在紙基表面的擴散，形成了分辨率較高的圖案化集流體。在Ni表面通過電化學沉積MnO2或者聚吡咯（PPy）活性材料，并滴凃凝膠電解質，形成了基于MnO2的對稱性超級電容器，以及基于MnO2和PPy的非對稱超級電容器。經過測試，表明該紙基超級電容器具有較好的電化學特性和很強的耐機械形變特性（彎折1萬次后容量幾乎沒有衰退），其能量密度和功率密度皆位于同類型超級電容器的前列。
基于在紙面印刷的金屬集成電路，研究人員將MSC和紫外傳感器或氣體傳感器集成到同一單片紙上，集成器件顯示出良好的傳感特性和自供電特性。未來有望將能量采集、能量存儲和用電器件集成到同一紙基芯片。這種基于紙質基底的集成策略為便攜式和可穿戴電子開拓了新的設計方法。
展開 電子產品中電子元器件的發熱計算。
問題描述：在電子產品中，電子元器件的散熱問題對產品的可靠性影響較大，通過數值模擬計算，可以對電子元器件的散熱進行優化，保證產品使用過程中的可靠性。
分析類型：穩態熱分析
分析平臺：ANSYS Workbench 19.0
分析人：技術鄰 庫哥CAE
業務咨詢網址：http://www.yqgqt.org.cn/b/218
一、傳熱基本知識在貼子《基于 ansys workbench多層復合壁的導熱（體現接觸熱阻）》中有提到，這里不再闡述。貼子鏈接：http://www.yqgqt.org.cn/content/post/301774。
二、模型建立
三、邊界條件
電路板上，某電子元器件每小時發熱量5e6 W/m3，電路板在空氣中進行散熱，選取電路板上與各部件與空氣的對流換熱系數為5w/m2。
四、最終電路板的溫度分布如下圖所示：
從圖中我們可以看出，發熱電子元件是該電路板溫度最高的地方，且離該發熱部件越遠，電路板的溫度越低。
展開 
南亞電子展：2026年印度國際電子元器件及生產設備展覽會
展會名稱：2026年印度國際電子元器件及設備博覽會 —— 德國慕尼黑電子展分支展
英文簡稱：ep India (electronica / productronica India 2026)
展覽日期：2026年9月16日—18日
展覽地點：印度班加羅爾國際展覽中心
展品范圍：傳感器、繼電器、電機、線纜、開關、半導體、連接器、被動元件、電機、線纜、系統集成及子系統、ED/EDA測試測量技術、顯示設備、電源、材料處理、原件生產、PCB及相關電路板生產設備、焊接技術、封裝工藝等
主辦單位：德國慕尼黑博覽會公司
支持單位：印度政府通訊信息技術部、印度電子工業協會（ELCINA）、印度電子設備制造及銷售商協會、印度印制電路板協會、印度半導體協會
展覽周期：每年一屆
展出面積：55000平方米
中國地區代理：廣州勵智穎展覽服務有限公司
“印度電子元器件展 electronica India”系“德國慕尼黑國際電子展electronica 以及productronica”在印度的分支展會，已經在印度成功舉辦了十八屆。得益于慕尼黑電子展5800多家參展商和200000多名參觀觀眾的強大數據庫，以及深厚的行業背景，“ep India”自首次舉辦以來，得到了迅速的發展，規模不斷壯大，已成為整個南亞地區專業的電子元件及生產設備展。
為了給參展企業帶來更多商機，自2011年起,ep India展以巡回展的形式，交替在班加羅爾和新德里舉行。無論首都新德里，還是軟件電子業重鎮班加羅爾，都將為電子企業提供巨大的市場機遇。新德里享有眾多優勢，很多電子行業的巨頭，如LG, Samsung, Philips, Panasonic及Haier都在新德里設有公司。
展開 聚焦電子元器件產業鏈，共謀高質量發展：2026深圳電子信息展
本屆展會以“新技術 新產品 新場景”為主題，特別設立電子元器件展區，展區全面覆蓋半導體設備與核心部件、半導體分立器件、傳感器、被動元件、線纜連接、設備儀器、電子材料、集成電路等關鍵領域，致力于打造集展示、交流、合作于一體的全產業鏈高端平臺。
CITE2026將匯聚全球超過1000家頂尖技術廠商與生態伙伴，覆蓋集成電路、新能源汽車、航空航天、工業控制與自動化等熱點應用行業，深度貫通電子元器件產業鏈上下游，精準把握產業發展趨勢，為參與者提供高效的技術洞察與商業合作機遇。
CITE2026將持續鏈接全球電子元器件產業核心力量，打造新產品發布、前沿技術交流與高效商務對接的一站式平臺，助力產業創新與協同發展。
展開 2024年德國電子元器件展會
electronica 2024德國慕尼黑電子展覽會
electronica 2024德國慕尼黑電子展覽會
二、展出內容
電子元器件及組件，電子材料，高、低壓電源及開關設備，控制元件，電路保護器件，電源，電池，低壓線纜，連接線，線束，機電元件及連接技術，天線技術，無源元件，硅晶體器件，電子原材料，稀土，磁粉，磁芯，變壓器，線圈，微電機，焊接技術，半導體器件，絕緣材料，磁性材料及產品，接插器件，電聲配件，集線器，喇叭，蜂鳴器，光電子，光伏產品，光熱產品、光纖組件及連接器技術，顯示器件，TFT-LCD，液晶器件，LCD/LED器件及技術，LED照明，清潔能源產品，電子測試儀器及儀表，PCB設計與制版，電子生產工藝，封裝，電子生產設備等。
【組展單位】廣州勵智穎展覽服務有限公司
Guangzhou Lizhiying Exhibition Service Co., Ltd
【聯系人】 郭 靜/Lily Guo
【手 機】 183-1969-8199（微信同號） 137-6258-1007
【Q Q】 448755889
【地 址】 廣州市天河區車陂東岸祠堂大街2號
【郵 箱】 expo_lily@163.com
德國慕尼黑國際電子元器件、材料及生產設備展覽會 (ELECTRONICA)
Electronica 是世界的電子產品貿易展覽會和會議，這使其成為該行業重要的國際會議場所。整個電子產品范圍， 從組件到系統、應用和服務， 都將在我們位于慕尼黑的展會大廳中展示。但還有更多內容：廣泛的 會議和支持計劃 將重點關注汽車、嵌入式、無線、工業物聯網、連接器/測量和印刷電子等領域。
展開 南工陳蘇教授團隊開發出微流控紡絲導向的碳量子點柔性穿戴器件
圖6 CDs/Graphene纖維電容器為電子器件供能的應用
a-c) CDs/Graphene纖維電容器為WLEDs，智能手表和小型紅綠燈供能圖。
附圖1 封底
附圖2 微流體紡絲機
小結
研究者利用微流體紡絲技術和納米材料組裝技術，在微流體限域通道內構筑了“Dot-Sheet”結構的碳量子點/石墨烯納米纖維，碳量子點的加入，顯著提高了復合纖維的機械性能、比表面積和電化學性能。基于該纖維的微型超級電容器具有較高的比電容、能量密度和功率密度，成功實現為WLEDs，智能手表、紅綠燈等微型電子器件的供能應用。該微流控紡絲技術及納米材料共組裝方法為新型電極材料的設計和規模化制備提供了新思路，將促進新一代柔性可穿戴電子的發展。
全文鏈接：
http://pubs.rsc.org/en/content/articlepdf/2018/ta/c8ta02124d
來源：高分子科學前沿
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