科技创新·服务交通·造福社会
随着社会的不断进步,智能科技的快速发展给我们的生活带来了日新月异的变化,家用电器、智能终端以及网络咨询,都伴随着人工智能的影子。但即便如此,人类依旧没有停止追求科技的脚步,坚持探索智能科技的未知边界。
有人说未来信息技术核心的发展方向主要有三个:人机交互(HIM)、人工智能(AI)以及万物互联(IoT)
在这其中的魔幻产物柔性电子技术就是那个可以超越认知,带给我们全新世界的魔法。

一块具备PC机功能的高清大屏幕,能够卷成一个卷轴;一个“薄如蝉翼”的彩色柔性显示器,厚度仅为0.01毫米,轻轻一吹就能飘起来——这些常出现在科幻电影中的场景如今已逐步走进现实世界。

柔性电子:可概括为将有机/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,允许板形适合所希望的形状,或在使用中柔性改变形状,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。

柔性电子技术虽然可应用于不同领域,但是其基本结构相似,至少包含以下4个部分:电子元器件、柔性基板、交联导电体和黏合层。

1.电子元器件:基本组成部分,包括电子技术中常用的薄膜晶体管、传感器(sensor)等。与传统微电子技术相比,有机薄膜晶体管占据着十分重要的地位,为减小元器件重量和厚度,提高其柔韧性和延展性创造了条件。
2.柔性基板:柔性基板是柔性电子技术不同于传统电子技术的最突出的地方。首先是柔韧性主要通过基板表现出来,对柔韧性要求不同的产品可使用不同材质的基板;其次是薄膜性,虽然称为基板,但其在尺寸上已不再是“板”而是薄膜,基板通常在1mm 左右,既降低了材料的成本,又减轻了产品的重量。
3.交联导电体:电子元器件分布在刚性的微胞元岛上,许多个微胞元岛再分布于柔性基板之上,由交联导电体连接,从而组成一个完整的柔性电路,也就是说交联导电体在柔性电子系统中起到了电线的作用。
4.黏合层:柔性电子系统各种组成部分的结合需要黏合层,具有耐热性、结合力、弯曲能力等特质。

图案质量不受光刻焦距限制, 可在非平面表面甚至深沟结构上进行图案化,与有机/无机材料的良好兼容性;
直接利用CAD/ CAM数据加工器件, 可实现大面积动态对准和实时调整;
作为非接触式图案化技术, 可有效减少瑕疵, 并可利用虚拟掩模补偿层间变形、错位等缺陷;
无需物理掩模的按需打印(DOD)技术;
可实现复杂三维微结构的快速设计与加工, 并可通过基于软件打印控制系统进行图形的快速更改。

此外:
从制造成本看:采用卷到卷印刷工艺,并且在材料的使用上可避免像光刻技术等浪费95%以上材料的问题,采用的印刷方式印制上去的面积就等同于使用的面积,其使用率在90% 以上,以长期发展角度来看,印刷方式会比传统光刻技术的成本低很多;硅CMOS晶元一般造价为10$/cm²,复合半导体甚至更贵,柔性电子理想造价为0.1$/cm²,从造价就可以看出柔性电子的巨大优势。
从投资角度看:传统的半导体厂动不动就要数十亿甚至上百亿的投资,但印刷只要投资数千万就可基本建立,印刷所要用的油墨跟传统的印刷不一样,需要特别研制,开发初期成本由于量少也比较高,但批量生产后成本就会变得较低廉了。
随着柔性电子技术的发展,各种电子产品应运而生。正如微电子技术为大规模集成电路和计算机芯片技术提供技术平台一样,柔性电子技术为新产品的研发提供了崭新的的技术平台。柔性电子产品目前正处于研发起步阶段,部分产品已经投放市场。从现在的研发趋势来看,柔性电子技术在以下3个方面有着广泛的应用。
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柔性混合电子的结构组成来源
1.柔性电子显示器
柔性电子显示器(flexible electronic display)是在柔性电子技术平台上研发出来的全新产品。与传统平板显示器不同,这种显示器能够被反复的弯曲和折叠,因而给我们的生活带来极大的便利。
例如,所有可视资料,包括各种书籍、报纸、杂志和视频文件都可以通过这种显示器来呈现,随时随地观看。尽管目前流行的便携式播放器和个人数字助理器也能满足这样的使用需要,但其显示屏不能弯曲和折叠,只能在很小的屏幕范围内阅读和观看这些文字和视频,视觉效果受到极大的制约。相比而言,柔性电子显示器具有无可比拟的优势,它就像报纸一样,在需要时将其展开,使用完毕后将其卷曲甚至折叠,在保证携带方便的同时充分的兼顾了视觉效果。

2.薄膜太阳能电池板
基于柔性电子技术的薄膜太阳能电池板能够满足大功率的发电需要,还可以充分利用其柔韧和轻质的特点,将其集成在衣服上。穿上这种衣服在阳光下行走或运动,随身携带的小电器(例如MP3播放器和笔记本电脑)的电源就可由衣服上的薄膜太阳能电池板供给,从而达到即节约又环保的目的。

3.电子皮肤
柔性电子技术的另一项重要应用就是电子皮肤又称为皮肤状电子,其基本特征是将各种电子元器件集成在柔性基板之上从而形成皮肤状的电路板,像皮肤一样具有很高的柔韧性和弹性,可以用于许多其它电器设备。
例如,机器人技术中电子皮肤集成了各种传感器和导电体,将外界的受力或受热情况转换为电信号后传递给机器人的电脑进行信号处理,因此电子皮肤又称敏感皮肤(sensitive skin)。

从PC端到移动互联网的兴起,人类从未停止过前行的脚步,在未来,一个全新的“万物互联”时代或能被“柔性技术”所定义,让我们共同期待!
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