柔性電子集成技術的案例
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 “電子集成技術”全面解析
今天，我們從物理結構和電氣連接兩大判據，總結了七種電子集成技術。
干貨 | “電子集成技術”全面解析
全國人民熱情高漲，國家也采取一系列措施來積極應對：首先，集成電路終于成為了一級學科，對集成電路領域的投入也日益加大，各大高校相繼成立集成電路學院，南京還專門成立了一所集成電路大學......
集成電路屬于電子集成技術的一種，那么，現在的電子集成技術發展到了什么程度呢？
先進的電子集成技術可以在不到芝麻粒大小的1平方毫米內集成1億只以上的晶體管，一個指甲蓋大小的芯片上集成的晶體管數量可輕松超過100億甚至更多，而目前地球上的總人口才不到80億。
這篇原創文章對“電子集成技術”進行了全面的解析，讀者可以了解到：電子集成 (5+2) 分類法，2D集成，2D+集成，2.5D集成，3D集成，4D集成，Cavity集成，Planar集成，共七種集成方式。
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 
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 研究電子束金屬3D打印：集成X射線、熱成像、可見光等成像技術
“這項技術非常令人著迷，”該小組的機械工程研究生Luis Izet Escano說。“只需在我們的機器上運行一次，我們就能同時看到打印過程的多個關鍵點。”
△2019年，他們的Al-10Si-Mg激光粉末床熔合過程的高x射線圖像。激光功率設定為520 W，掃描速度為0.6 m/s。在30,173 Hz下記錄x射線圖像，有效曝光時間為100 ps。在圖像中，定量測量了熔體池和汽壓形態、凝固速率、熔體流動速度和粒子濺射速度。還揭示了不同缺陷的產生機制。圖片來IZET ESCANO
該團隊克服了在研究電子束粉末床融合過程遇到的幾個關鍵技術難題。例如，保持了過程所需的高真空，減輕了測量中真空泵的振動，制造特殊的觀察口，使同步加速器的x射線能夠有效地穿透。
他們宣稱，該技術不僅是世界上第一個可以多方面觀察電子束粉末床熔融打印過程的“窗口”，而且未來具有更為廣闊的用途。
“系統的開發和集成一直是一個巨大的挑戰，因為它需要多個工程領域的專業知識，”Escano說。“現在，我們機器的靈活性使我們能夠非常快速地進行實驗和收集數據——這將加速我們對這種3D打印技術的基本理解和研究。”
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 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.
展開 王中林院士團隊Nano Energy : 柔性摩擦納米發電機與柔性電池集成構筑可穿戴的自充電電源組
【引言】
柔性電子器件，例如可穿戴器件、電子皮膚和智能傳感器等，由于其獨特的柔性以及高效、低成本制造工藝受到了各界的矚目。為了實現全面的柔性，柔性的儲能系統不可或缺。在各種儲能裝置中，鋰離子電池(LIB)由于其高能量密度和良好的可循環性是便攜式電子產品的最佳選擇之一。然而，傳統LIB是剛性的，難以與柔性電子器件兼容。因此，應優化集電器、電解液和包裝，以符合柔性器件的需求。最近，摩擦納米發電機(TENGs)因其收集機械能并將其轉化為電能而備受關注。TENG可以從日常人體運動中獲取能量，為LIB等儲能設備提供能量。研究人員已經將TENG與各種儲能裝置集成以形成自供電系統。
【成果簡介】
近日，中科院北京納米能源與系統研究所王中林院士、孫春文研究員、西班牙馬德里材料研究所José Antonio Alonso教授(共同通訊作者)等將柔性摩擦納米發電機(TENG)與柔性電池集成構筑可穿戴的自充電電源組，并在Nano Energy上發表了題為“Structural and Electrochemical Properties of LiMn0.6Fe0.4PO4 as a Cathode Material for Flexible Lithium-ion Batteries and Self-charging Power Pack”的研究論文。作者首先通過中子粉末衍射(NPD)技術研究了Fe摻雜對LiMnPO4(LMP)結構的影響。所制備的LiMn0.6Fe0.4PO4/碳(LMFP/C)材料在1C的電流密度下顯示出90 mAh·g-1的較高比容，是LiMnPO4/C的約5倍，其具有1000次循環以上的出色循環性能。
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 《AFM》一種用于柔性超級電容器的3D多孔蜂窩狀納米片集成電極
總之，本文實現了蜂窩狀結構的CoN-Ni3N/N-C納米片成功地在柔性碳納米管上進行原位生長，其可用作高性能碳納米管的集成陰極。得益于分級集成納米結構、CoN-Ni3N納米片和N-C的合理結構設計的協同效應，優化的CoN-Ni3N/N-C/CC電極顯示出出色的電導率、出色的速率性能、出色的電容和超長壽命(10000次循環后93.3%的容量保持率)。此外，一種靈活的準固態不對稱超級電容器由CoN-Ni3N/N-C/CC陰極和VN/CC陽極組裝而成，其表現出最高106μWh·cm-2的能量密度、40 mW·cm-2的最大功率密度和優異的循環穩定性。這項工作為在下一代電化學儲能領域構建高能效可穿戴電子設備提供了可行的策略。（文：SSC）
本文來自微信公眾號“材料科學與工程”。歡迎轉載請聯系，未經許可謝絕轉載至其他網站。
推薦閱讀：
歡迎微信后臺回復“應聘編輯”加入我們
實用！Origin軟件使用經典問題集錦
免費下載：18款超實用軟件輕松搞科研
合作 投稿 點擊此處
歡迎留言，分享觀點。點亮在看??
展開 
集成式電子液壓制動系統的復合制動協調控制
圖1 不舒適度指數
Fig.1 Discomfort index
電子液壓制動系統(electro-hydraulic brake system, EHB)是汽車液壓制動系統的發展趨勢，具有響應快速、制動力精確控制、易于實現再生制動等突出優點.本文基于文獻[12]提出的集成式電子液壓制動系統(integrated-electro-hydraulic brake system，I-EHB)，并采用液壓力控制算法對復合制動過渡工況沖擊度進行研究.第1節介紹I-EHB系統的結構和工作原理.第2節介紹復合制動總體策略.第3節提出了雙閉環反饋和電機力修正的協調策略.第4節對液壓制動系統介入制動和再生制動力撤出制動兩種過渡工況進行了仿真和臺架試驗，證明了控制策略的有效性.
1 集成式電子液壓制動系統
I-EHB由制動踏板單元、液壓驅動單元、制動執行單元和控制系統4部分組成，如圖2所示，圖中，ECU為電控單元，DC/AC為逆變器，ESC為電子穩定性控制單元,MC1、MC2為主缸的兩個腔.其中制動踏板單元提供駕駛員的制動踏板感覺，包括制動踏板、次級主缸、踏板模擬器、踏板模擬器電磁閥(電磁閥3)、次級主缸電磁閥(電磁閥1)；液壓驅動單元為系統提供動力源，包括電機和減速傳動機構等；制動執行單元與傳統的制動系統結構保持一致，包括主缸、液壓管路等.解耦缸實現系統解耦，即實現正常制動時，制動踏板與制動主缸不直接相連.正常模式下，駕駛員踩下制動踏板，次級主缸的制動液注入到踏板模擬器，產生踏板感覺，同時制動踏板推桿推動解耦缸活塞壓縮解耦缸液壓腔，此時電磁閥2處于打開狀態，使得解耦缸內制動液流入儲液罐，如此實現了制動踏板不再直接與制動主缸相連.工作時，電子液壓制動系統根據上層制動力分配策略計算出的目標液壓力以及壓力傳感器反饋的實際液壓力構成壓力閉環，時刻控制著電機應產生相應的力矩大小
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 集成電路 | 華中科技大學成立未來技術學院和集成電路學院
來源 ：中國新聞網、長江日報
7月14日華中科技大學未來技術學院、集成電路學院7月14日在武漢同時揭牌成立，將著眼于新一輪科技革命和產業變革大勢，致力于培養相關領域創新型人才，推動產業發展。
華中科技大學未來技術學院是教育部2021年5月批準成立的首批12所未來技術學院之一，由中國科學院院士丁漢擔任院長。
丁漢表示，未來技術學院服務國家戰略需求，圍繞“大工程、大健康”承擔重大項目，依托武漢光電國家研究中心、國家數字化設計與制造創新中心等重大科研平臺，在智能制造、生物醫學成像、光電子芯片與系統、人工智能等未來核心關鍵技術上取得突破，支撐創新拔尖人才培養。
自1960年創辦半導體相關專業以來，華中科技大學先后獲批國家集成電路人才培養基地、國家示范性微電子學院、國家集成電路產教融合創新平臺，積累了雄厚的集成電路學科基礎。
據介紹，學院著眼于未來科學技術原創，瞄準國家未來發展的國之戰略重器，針對產業發展的邏輯體系凝練未來戰略方向，旨在建立以交叉研究為基礎的人才培養模式，促進教育鏈、人才鏈與產業鏈、創新鏈之間的有機融合，進而推動高校體制機制創新，落實未來科技創新領軍人才的前瞻性和戰略性培養。
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。現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 