柔性電子的案例
Mater.綜述：納米線組裝體制備柔性電子器件——最新進展和展望
基于納米線(NW)的柔性電子器件，包括可佩戴的能量存儲設備、柔性顯示器、電傳感器和健康監測器，在我們日常生活的基礎研究和市場需求中都受到了極大關注。與NW合成后的無序狀態相比，具有設計和分級結構的NW組裝體不僅會優化固有性能，還會產生新的物理和化學特性，將單個NW大面積的集成成有序的結構是優化基于NW柔性電子器件性能的最有前景的策略之一。
近日，來自中科大的劉建偉副教授和俞書宏教授（共同通訊）聯合在Advanced Materials上發表文章，題為“Nanowire Assemblies for Flexible Electronic Devices: Recent Advances and Perspectives”。 作者介紹了由NW組裝體制備柔性電子器件領域的最新發展和成就。全面討論了構建1D、2D和3D NW組裝體的不同組裝策略，尤其是2D NW組裝體中多種NW共組裝過程。詳細描述了不同NW組裝體對柔性電子結構和性能的改進，闡述了有序NW組裝體的優點。最后，對該領域未來的挑戰和前景進行了簡短的總結和展望。
1. 前言
柔性、移動和便攜式電子產品的快速增長不僅滿足了當今社會日常生活中的各種特殊需求，，而且對經濟增長和提高人類生活質量也顯示出重要意義。在過去的幾十年中，具有高性能和彈性機械響應性的柔性電子設備吸引了下一代電子設備的極大關注，并擴展到廣泛的領域，包括柔性晶體管、智能傳感器、柔性發光二極管(LED)、柔性儲能設備和柔性能量采集器。與傳統的基于Si和銦錫氧化物(ITO)的剛性電子產品相比，柔性電子產品顯示出幾個獨特的特性，例如機械柔性、高便攜性和輕質性，其重要將在未來的幾年里得到體現。為了獲得高效、簡單、經濟且易于操作的柔性電子器件，研究人員已經報道了各種制造和結構加工技術來提高器件性能。
展開 郭傳飛、任志鋒《先進功能材料》綜述: 柔性電子學—可拉伸電極及其未來
文章從結構設計的角度介紹了基于剪紙藝術設計策略的新型可拉伸透明電極材料的最新研究進展及應用，涵蓋了電子皮膚、植入式可降解電子材料以及仿生軟體機器人等領域。
柔性電子學作為一種新興的具有廣闊應用前景的研究科學，將研制可在高應力狀態下工作的高性能柔性電子材料帶入了人們的視野。透明電極被廣泛應用于各類電子產品中。最常見的透明電極材料是摻雜的氧化物半導體薄膜（如氧化銦錫，ITO），其良好的光學透光率和導電性使其在光電子顯示領域占據了數十年的主導地位。然而，傳統的ITO薄膜無法滿足未來可穿戴柔性電子產品對力學柔性要求。應用于彈性體襯底上的透明柔性電極（FTEs）在使用過程中需要承受彎曲、折疊、扭曲，甚至拉伸等大應變形變模式，對材料的力學性能提出了更高的要求。
近年來，可拉伸電極的研究發展推動了可穿戴電子產品、電子皮膚、可植入醫療電子設備、軟體機器人、以及新型柔性人機界面等領域的興起。這些具有良好力學柔性和生物相容性的電子產品在人體健康監測和生物醫療領域中發揮著越來越重要的作用，并將極大改善現有的醫療健康體系并徹底改變人類與電子產品之間的關系。研究人員研制報道的各類仿生軟體機器人具有類似皮膚的柔性傳感功能和類似肌肉組織的軟體驅動器，可通過柔性人機界面與人類和周圍環境進行友好的實時互動，從而實現完整的“人-機”互動反饋體系（圖1）。隨著可穿戴和可植入式電子設備的出現，以及對智能軟體機器人不斷增長的需求，學術界和工業界已將目光投向了研制開發同時具有優異力學柔性和電學特性的功能電子材料，而可拉伸電極材料是基礎關鍵。
圖1 柔性電極、柔性電子設備和軟體機器人之間關系的示意圖
文章系統比較了不同電極材料的光電性能和力學性能，并對常用電極材料的優缺點進行了評述。
展開 ：可原位印刷的導電納米粘土/液態金屬基柔性電子
液態金屬的可流動性和高導電性被廣泛應用于柔性電子器件制造，然而過大的表面張力導致液態金屬易團聚成球，難以保持理想的電路狀態。低成本的絲網印刷及噴墨打印很難用于構造液態金屬基柔性電子。此外，由于液態金屬的粘附力弱，柔性電子的基底可供選擇的余地很小。
受到活字印刷術與生活中郵戳的啟發，浙江大學賀永教授團隊設計了新型的納米粘土/液態金屬墨水，可在皮膚表面原位印刷柔性電子，相關工作以“Recyclable conductive nanoclay for direct in-situ printing flexible electronics”發表于“Materials Horizons”，武鵬程碩士生為第一作者，賀永教授與姚鑫驊副教授為共同通訊作者。
研究人員設計了一種可回收、自修復的導電納米粘土和匹配的印刷工藝。首先，為了使液態金屬更好地附著并易于印刷，研究人員使用液態金屬代替了潮濕粘土中的水，從而獲得了導電納米粘土，該墨水優點是制造方式簡單，僅通過攪拌液態金屬和納米粘土混合物即可制備，可以直接用作印泥用于印制導電圖案。在印刷過程中，納米粘土團塊充當連接基材和液態金屬的“支點”，這使得導電納米粘土對柔軟的基材（如有機硅彈性體和水凝膠）具有更好的親和力（如圖1C-D所示）。與之前基于液態金屬研究的其他柔性電子制備工藝相比，例如轉移印刷，獲得導電圖案的時間大大縮短，僅幾秒鐘。
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 
被美國空軍看上，柔性電子將掀一場市場革
柔性混合電子技術正展開從實驗室走向市場的嶄新旅程，展現其橫跨航空、消費電子、醫療保健、機器人和工業自動化等領域的成果；而在這些領域的許多單位與業者也試圖透過這項新技術發掘自家的利基市場...
在NextFlex研發聯盟位于美國硅谷的制造研究中心，柔性混合電子技術正展開從實驗室走向市場的嶄新旅程。該制造研究中心是在2015年底成立的，募集了大約1.65億美元的私人和公共資金，用于推動結合柔性基板印刷電路和超薄芯片的技術進展。
多達50種產品展現柔性電子在橫跨航空、消費電子、醫療保健、機器人和工業自動化方面的成果。這些成果來自于波音（Boeing）和通用電氣（GE）等久負盛名的巨擘、大型合約制造商Flex和Jabil以及眾多學術研究部門，各單位均試圖在該新興技術領域挖掘屬于自己的利基市場。
美國空軍（U.S. Air Force）算是早期采用者，它與NextFlex連手進行大約9項研究計劃。根據一名美國空軍研究人員描述，在NextFlex所進行的研究任務將有助于加速使這一技術成熟。該中心大約有80家成員的商業計劃正在進行中。
NextFlex執行董事Malcolm Thompson表示：“我們的進展十分順利，現在已經不再僅僅忙著與研發團隊打交道，業務部門也正緊鑼密鼓地搭建中?！?美國空軍材料與制造部門執行總監Charles Ormsby說：“我們有50名人員服務于9個NextFlex項目小組，并提供了230萬美元的資金?！?美國空軍的目標是使用柔性混合電子，為飛行員和飛機打造實時顯示器，以監測其健康情況。柔性混合電子也將用于控制電子裝置，減輕從小型無人機到最大商用飛機等各種設備的重量。
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
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。
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 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 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 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 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 
Horiz.》浙江大學姚鑫驊/賀永：可回收的導電納米粘土，直接原位打印水凝膠柔性電子產品
【科研摘要】
基于液態金屬（
LM）的柔性和可拉伸電子產品在可穿戴健康監控，電子皮膚和軟機器人方面引起了廣泛的關注。然而，由于它們的巨大的表面張力和弱的可濕性，直接在柔軟的基板上對LM進行構圖以形成期望的功能電路是具有挑戰性的。
最近
，
浙江大學
姚鑫驊博士
/
賀永教授
團隊
通過將納米粘土引入到LM系統中來制備可回收，自修復的導電納米粘土，該納米粘土具有低流動性和對軟質基材的優異粘合性，并且與壓印工藝結合使用，可以直接在原位快速
打印水凝膠
柔性電子產品。
導電納米粘土具有出色的導電性，對變形的顯著電響應，極低的電滯后性和出色的減損能力，使其成為快速制造柔性電子產品的理想直接
打印油墨。
由于獨特的結構組成，導電納米粘土可在真空中生長并保持出色的導電性，基于此，無需復雜的結構設計即可制造可在極端環境（例如外部空間）中使用的真空接通開關。此外，將具有優異皮膚貼合性的電子紋身直接印在手腕上，可用于監視手腕在兩個不同彎曲方向上的運動。相關論文以題為
Recyclable conductive nanoclay for direct in situ printing flexible electronics
發表在《
Materials Horizons
》上。
【主圖導讀】
圖
1導電納米粘土的制備過程和附著機理
（A）在攪拌下制備導電納米粘土的過程的示意圖。（B）導電納米粘土的掃描電子顯微鏡（SEM）圖像。（C）附著在基板上的導電納米粘土的示意圖。（D）導電納米粘土對不同軟質基材的粘合機理：（I）硅酮彈性體和（II）水凝膠。（E）基于導電納米粘土的
打印
柔性電子過程的程序示意圖。
展開 馬里蘭大學王育煌SMALL：無損溶解超長金屬性碳納米管，助力高性能柔性電子材料
3.2微米長碳納米管在0% （e），50%（f），100%（g）以及回到0%（h）應力后的SEM圖像
圖5 長短兩種碳管可用于不同應用
(a)柔性可穿戴設備示意圖
(b)隨著手指彎曲-伸展運動，長碳納米管和短碳納米管薄膜的電流變化
長碳納米管薄膜導電性不受手指運動的影響，因此可以提供穩定電流輸出(c,e)；短碳納米管薄膜則表現出明顯電流表化，因此可以應用于應力傳感器(d,f)。
【小結】
此研究制備的超長金屬性碳納米管水溶液，可應用于柔性透明電子材料中。由于碳納米管長度的增加，其所制備薄膜的宏觀導電性以及可拉伸穩定性均有顯著提高，從而可以提升柔性電子材料性能與壽命。本工作不僅為展示了一種溶解超長碳納米管的方法，改變了依賴于超聲溶解納米碳材料的歷史，同時為今后的柔性電子設備的材料選擇提供了清晰的思路。
論文連接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/pdf/10.1002/smll.201802625。
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 《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
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