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柔性电子

来源:未知   作者:admin    发布时间: 2021-07-09 16:10   浏览:

柔性电子

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  柔性电子(Flexible Electronics)是一种技术的通称,是将有机/无机材料电子器件制作在柔性/可延性基板上的新兴电子技术。相对于传统电子,柔性电子具有更大的灵活性,能够在一定程度上适应不同的工作环境,满足设备的形变要求。但是相应的技术要求同样制约了柔性电子的发展。首先,柔性电子在不损坏本身电子性能的基础上的伸展性和弯曲性,对电路的制作材料提出了新的挑战和要求;其次,柔性电子的制备条件以及组成电路的各种电子器件的性能相对于传统的电子器件来说仍然不足,也是其发展的一大难题。

  随着电子设备的发展,柔性电子设备越来越受到大家的重视,这种设备是指在存在一定范围的形变(弯曲、折叠、扭转、压缩或拉伸)条件下仍可工作的电子设备。

  柔性电子可概括为是将有机/无机材料电子器件制作在柔性/可延性塑料或薄金属基板上的新兴电子技术,以其独特的柔性/延展性以及高效、低成本制造工艺,在信息、能源、医疗、国防等领域具有广泛应用前景,如柔性电子显示器、有机发光二极管OLED、印刷RFID、薄膜太阳能电池板、电子用表面粘贴(Skin Patches)等。与传统IC技术一样,制造工艺和装备也是柔性电子技术发展的主要驱动力。柔性电子制造技术水平指标包括芯片特征尺寸和基板面积大小,其关键是如何在更大幅面的基板上以更低的成本制造出特征尺寸更小的柔性电子器件。

  柔性电子涵盖有机电子、塑料电子、生物电子、纳米电子、印刷电子等,包括RFID、柔性显示、有机电致发光(OLED)显示与照明、化学与生物传感器、柔性光伏、柔性逻辑与存储、柔性电池、可穿戴设备等多种应用。随着其快速的发展,涉及到的领域也进一步扩展,目前已经成为交叉学科中的研究热点之一。

  碳纳米管(CNT)由于其高的本征载流子迁移率,导电性和机械灵活性而成为用于柔性电子学的有前途的材料,既作为场效应晶体管(FET)中的沟道材料又作为透明电极。管状碳基纳米结构可以被设想成石墨烯卷成一个无缝的圆柱体,它们独特的性质使其成为理想的候选材料。因为它们具有高的固有载流子迁移率和电导率,机械灵活性以及低成本生产的潜力。另一方面,薄膜基碳纳米管设备为实现商业化提供了一条实用途径。John A. Rogers与鲍哲楠教授分别发表了专题文章描述了基于CNT的柔性器件的处理和应用,回顾了柔性电子器件中碳纳米管的最新进展。

  氧化锌是一种众所周知的宽带隙半导体材料(室温下3.4 eV,晶体),它有很多应用,如透明导体,压敏电阻,表面声波,气体传感器压电传感器和UV检测器。并因为可能应用于薄膜晶体管方面正受到相当的关注。同时氧化锌还具有相当良好的生物相容性,可降解性。E.Fortunato教授介绍了基于氧化锌的新型薄膜晶体管所带来的主要优势,这些薄膜晶体管在下一代柔性电子器件中非常有前途。

  除此之外,还有众多的二维材料被应用于柔性电子领域,包括石墨烯、半导体氧化物,纳米金等。2014年发表在chemical review和nature nanotechnology上的两篇经典综述详尽阐述了二维材料在柔性电子的应用。

  转印是一系列用于将微米和纳米材料确定性组装成具有二维和三维布局的空间组织的功能性布置技术。John A. Rogers总结了各种转移印刷技术的最新进展,从机械和材料方面,到在不同复杂程度的系统中使用它们的工程特点。并介绍了基础和应用研究以及这些方法在高产量工业规模制造中的应用。

  喷墨印刷,被称为数字书写技术,可以直接沉积功能性材料以在基材上形成图案。黄永安教授的文章概述了用于柔性电子产品的喷墨打印技术。包括材料挑战,工艺进展以及设备研究情况。

  除了常见的印刷以及经典的沉积方法,基于纤维结构的柔性电子器件制作方法也非常适合可穿戴电子产品,这些电子产品具有重量轻,持久,灵活和舒适的特点。陶小明教授讨论了关于基于纤维结构的柔性电子器件当前材料的限制,制造技术,以及设备的限制,以及在广泛推广使用之前必须加以改进的科学理解。

  柔性电子技术有可能带来一场电子技术革命,引起全世界的广泛关注并得到了迅速发展。美国《科学》杂志将有机电子技术进展列为2000年世界十大科技成果之一,与人类基因组草图、生物克隆技术等重大发现并列。美国科学家艾伦黑格、艾伦·马克迪尔米德和日本科学家白川英树由于他们在导电聚合物领域的开创性工作获得2000年诺贝尔化学奖。

  柔性电子技术是行业新兴领域,它的出现不但整合电子电路、电子组件、材料、平面显示、纳米技术等领域技术外,同时横跨半导体、封测、材料、化工、印刷电路板、显示面板等产业,可协助传统产业,如塑料、印刷、化工、金属材料等产业的转型。其在信息、能源、医疗、制造等各个领域的应用重要性日益凸显,已成为世界多国和跨国企业竞相发展的前沿技术。美国、欧盟、英国、日本等相继制定了柔性电子发展战略并投入大量科研经费,旨在未来的柔性电子研究和产业发展中抢占先机。

  西方发达国家纷纷制定了针对柔性电子的重大研究计划,如美国FDCASU计划、日本TRADIM计划、欧盟第七框架计划中PolyApply和SHIFT计划等,仅欧盟第七框架计划就投入数十亿欧元的研发经费,重点支持柔性显示器、聚合物电子的材料/设计/制造/可靠性、柔性电子器件批量化制造等方面基础研究。

  在最近的10年间,康奈尔大学普林斯顿大学哈佛大学西北大学剑桥大学等国际著名大学都先后建立了柔性电子技术专门研究机构,对柔性电子的材料、器件与工艺技术进行了大量研究。柔性电子技术同样引起了我国研究人员的高度关注与重视,在柔性电子有机材料制备、有机电子器件设计与应用等方面开展了大量的基础研究工作,并取得了一定进展。中国科学院长春应用化学研究所中国科学院化学研究所中国科学技术大学华南理工大学、清华大学、西北工业大学西安电子科技大学天津大学、浙江大学、武汉大学、复旦大学、南京邮电大学、上海大学等单位在有机光电(高)分子材料和器件、发光与显示、太阳能电池、场效应管、场发射、柔性电子表征和制备、平板显示技术、半导体器件和微图案加工等方面进行了颇有成效的研究。近年来,华中科技大学在RFID封装和卷到卷制造、厦门大学在静电纺丝等方面取得了研究进展。

  知名经济学家刘姝威在近日表示:“柔宇通过核心技术自主创新,开创了一个全新的柔性电子产业。