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折疊式智能手機上市了，柔性芯片也登場了。 口罩剛剛發(fā)布的智能機接口系統(tǒng)點燃了可以嵌入大腦的超細(xì)柔性電極。 盡管如此，在以硬質(zhì)為中心的電子世界中，柔性電子技術(shù)才剛剛開始。

前幾天，第二屆柔性電子國際學(xué)術(shù)大會( icfe 2019 )在杭州召開。 會議期間，中國科技信息學(xué)會和新聞網(wǎng)還共同舉辦了以柔性電子技術(shù)為主題的二期科學(xué)麻辣燙科學(xué)沙龍活動。

科技日報記者采訪時說，方興未艾的柔性電子技術(shù)要實現(xiàn)現(xiàn)有的電子系統(tǒng)和剛?cè)?，還需要突破許多挑戰(zhàn)。

力學(xué)和封裝是兩大難題

柔性屏幕、柔性芯片和柔性電極只是柔性電子技術(shù)的冰山一角。 實際上，在與新聞技術(shù)相關(guān)的傳感、新聞發(fā)布、新聞解決、能源存儲等多個環(huán)節(jié)上，靈活性備受期待。

據(jù)介紹，柔性電子的概念可以追溯到有機電子學(xué)的研究，始于20世紀(jì)60年代左右。 當(dāng)時，科研人員試圖用有機半導(dǎo)體代替硅等無機半導(dǎo)體，使有機電子器件具有柔性優(yōu)勢。

目前，柔性電子技術(shù)還處于起步階段，研發(fā)人員常常試圖突破以前流傳的思路，創(chuàng)造新的行業(yè)和產(chǎn)業(yè)。 清華大學(xué)柔性電子技術(shù)研究中心主任馮雪說。

不難想象，但一旦進入新的行業(yè)，目前柔性電子技術(shù)的研發(fā)過程仍然充滿著許多挑戰(zhàn)。

清華大學(xué)材料學(xué)院副院長沈洋認(rèn)為，總體來說，目前柔性電子技術(shù)首要面臨兩個挑戰(zhàn)。 第一個挑戰(zhàn)是力學(xué)問題，柔性電子元件在反復(fù)折疊、彎曲時會不斷受到交變應(yīng)力，時間久了容易破裂、出問題。 目前主要通過結(jié)構(gòu)設(shè)計來克服這個問題。 沈洋表示，第二個挑戰(zhàn)是在電子封裝問題上，將集成在柔性基板上的部件牢牢縫合，實現(xiàn)預(yù)期的功能。

南洋理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院教授陳曉東以柔性傳感器為例，另一方面，現(xiàn)階段缺乏可靠的制造技術(shù)實現(xiàn)了大規(guī)模生產(chǎn)。 另一方面，科學(xué)家們正在探索在柔性傳感器和人體之間形成可靠的粘接界面層，使之具有生物相容性的方法。 另外，動態(tài)耐受性也是柔性傳感器面臨的重要考驗，因為客戶的身體經(jīng)常需要在動態(tài)狀態(tài)下收集數(shù)據(jù)。

二維材料或未來的選擇之一

在柔性電子器件的材料選擇方面，科研人員也在不斷探索。

沈洋說，美國西北大學(xué)的約翰·羅杰斯教授是柔性電子行業(yè)的先驅(qū)之一，羅杰斯的研究表明，硅這種本來就硬而脆的材料，在變得非常薄或尺度非常小之后，具有一定的靈活性

當(dāng)然這是個好消息。 由于硅在目前的半導(dǎo)體材料中占主導(dǎo)地位，所以使硅基板柔軟化可以說是實現(xiàn)柔性電子系統(tǒng)的捷徑。

材料代器件、材料是我們制造電子器件的重要基礎(chǔ)之一。 目前，我們正在探索使硅類電子部件柔軟化，并且保證高頻、高速的導(dǎo)電特性。 馮雪說。

但是，受摩爾定律的制約，硅基半導(dǎo)體的性能幾乎完全發(fā)揮出來，接近天花板。 對于柔性電子行業(yè)來說，探索適合不同應(yīng)用場景的新型柔性材料也是迫在眉睫。

陳曉東表示，目前國際上對柔性電子材料的選擇主要有兩種思路。 一種想法是從以前傳下來的無機材料向有機材料的轉(zhuǎn)換，例如將高分子材料和有機半導(dǎo)體用于柔性電子材料。 另一種想法是將有機材料和無機材料組合起來，利用所謂的混合材料開發(fā)柔性電子技術(shù)。

石墨烯制造后，單層原子組成的錫乙烯、二硫化鉬、黑磷等二維材料在半導(dǎo)體領(lǐng)域備受矚目。 沈洋在接受科技日報記者采訪時表示，二維材料的相關(guān)研究也有助于柔性電子技術(shù)的快速發(fā)展。

許多二維材料在提高電荷遷移率、降低功耗等方面表現(xiàn)出了比傳統(tǒng)傳入的硅材料更好的性能。 沈洋認(rèn)為，研究基于二維材料的柔性電子元器件，可能是未來的快速發(fā)展方向之一。