柔性電子，不斷重新整理你的認知
前不久，華為首款摺疊屏手機一經發布便成了人們熱議的焦點。四四方方、堅硬、不可扭轉的螢幕如何做到摺疊？其實，摺疊屏只是柔性屏的一種，是在柔性電子技術的積累上發展而來——無論在外形還是功能上都將不斷重新整理人們的認知，帶來全新體驗。
生活中，柔性電子可不只摺疊屏。未來，從手機、平板電腦、電視這些日用電子產品開發，到醫療、資訊、能源、國防等多領域發展，柔性電子都將一展身手。在日前舉行的第二屆柔性電子國際學術大會期間，由中國科協推出的“科學麻辣燙”沙龍活動聚焦柔性電子技術發展，邀請多位行業專家學者共話柔性電子將如何改變人類未來。
“以柔化剛”助力萬物互聯
“人機互動”是一個有魔力的詞語，它生動詮釋了從人類適應計算機到計算機不斷適應人類的發展過程。目前，科學家們正試圖以柔性電子器件為媒介，建立人與外界之間的資訊傳輸系統。
而柔性電子概念的提出，可追溯到對有機電子學的研究，大約起步於上世紀80年代，人們試圖用有機半導體替代矽等無機半導體，從而使有機電子器件具備柔性特點。
2006年，科學界首次提出了可延展無機柔性電子的概念，並實現在脆性矽薄膜不改變其電子學效能的情況下具有柔性和延展性。隨後又衍生出一些優化的結構設計，使得電子器件的機械效能更加優良，可以承受拉伸、扭轉、彎曲等複雜變形。
針對目前市場上種類繁多的摺疊屏手機產品，清華大學材料學院副院長沈洋認為，螢幕對摺主要得益於顯示材料的柔性化。但摺疊屏手機還不夠“柔”，因為每部手機中都有幾百個關鍵電子元器件，這些器件依然是硬質的。“未來，如果這些電子元器件的柔性化程度足夠高，手機不僅能對摺，還能捲曲甚至完全摺疊。”
“以柔化剛”打造電子器件應用新形態。“柔性電子技術可以改變傳統資訊器件、系統的剛性物理形態，實現資訊獲取、處理、傳輸、顯示以及能源的柔性化。”清華大學柔性電子技術研究中心主任馮雪表示，柔性電子將推動資訊與人、物體、環境的高效共融，有助於構建“萬物皆互聯”的新時代。
馮雪告訴記者，柔性電子技術已在生物醫療領域開展了非常重要的應用，包括無創血糖測量、光電血氧感測器、坐骨神經電訊號採集、類面板柔性變形感測器、碳納米纖維泡沫柔性壓力感測器、類面板柔性壓力感測器等系列柔性醫療電子產品，等等。
電子“創可貼”不是夢
科幻電影裡，時常出現給人體植入晶片，從而達到操控人體行為的橋段。而如果將晶片像創可貼一樣貼在面板上，不對人體造成傷害，你會接受嗎？柔性電子技術的發展將這一大膽想法照進現實——沒有傷口，就能應用於醫療感知並獲取大量身體訊號和資料。
“比如對糖尿病人來說，血糖監測是治療中的一個重要環節，但傳統方法是扎手指，每天都要紮好幾次。而我們可以利用柔性電子技術，只要貼在面板表面就能驅動血管之間的葡萄糖流動並開展監測。”馮雪說。
馮雪介紹，清華大學柔性電子技術團隊已設計和大規模製備出價格低廉、且能夠監測人體體溫和心電資訊的柔性電子器件。它形似創可貼的膠片裡鑲嵌可彎曲的監測晶片，貼附在人體表面，可將生理指標無線上傳至手機應用或雲端，讓使用者快捷方便了解身體資訊，並可以反覆使用，目前已通過國家藥監局和歐盟CE認證。
諸如此類的柔性電子整合器件，融合了有機半導體和無機半導體技術的發展，使無機半導體器件具有可拉伸、可彎曲等變形特點，同時兼備傳統無機整合器件和電路的高效能、高可靠性。“通過整合探測溫度、應變、加速度等感測元件在柔性電子器件上，就好比"人體聯網"，可實現對體徵資訊的獲取；未來，還需要突破可靠的製備工藝、動態耐受性等技術挑戰。”新加坡南洋理工大學材料科學與工程學院教授陳曉東說。
“這種新型電子器件的剛度比人體組織要小很多，因此貼附到人體組織上後，不會造成人體的不適感。”北京航空航天大學固體力學研究所副教授李宇航指出，可延展效能正是柔性電子獨到的力學特性，由於人體器官組織的表面形貌異常複雜，如果器件不具有可延展性，是無法貼附在柔軟組織上的，而這一點傳統導線並不具備。
據聯合國統計，到本世紀中期，中國將有近5億人口超過60歲。對於人體健康的關切，成為未來社會需求的重要方向。特別是針對老年人慢性疾病和嬰幼兒體徵的實時監測，成為這種新型醫療器件的重要應用方向。
測量血壓、血糖的“創可貼”，檢測生理指標的衣服、可以監測尿液的紙尿褲、人工肌肉……這些智慧化可穿戴裝置的製造都將通過柔性電子技術實現。人們還可以通過遠端醫療的方式開展身體健康監測，降低醫療成本，普惠大眾。
“採用柔性晶片技術可以設計出更加輕薄柔軟的電子感知系統，它們能夠與機器人或人體更好貼合，對環境的感知也將變得更加靈敏。”柔性電子與智慧技術全球研究中心柔性晶片技術研發團隊負責人王波表示，柔性晶片將持續對人工智慧和醫療等領域產生深遠影響。
集聚多學科智慧協力攻堅
如今，柔性電子技術已成為世界範圍內電子技術領域的研究熱點。“澳大利亞的柔性電子技術研究主要集中在太陽能電池領域，利用柔性電子技術實現印刷，並列印成太陽能電池等產品。”澳大利亞昆士蘭大學教授、澳大利亞科學院院士保羅·伯恩認為，柔性電子技術的發展需要不同學科的人相互學習，求同存異，以促進更多合作、促成更多創新及研究成果。
就在本屆大會上，柔性電子與智慧技術全球研究中心研發團隊還發布了兩款可任意捲曲彎折的超薄柔性晶片。兩款晶片厚度均小於25微米，不到一根頭髮絲直徑的四分之一。
研發人員在現場演示了由兩款柔性晶片組成的柔性微系統功能。兩款柔性晶片分別是運放晶片和藍芽SoC晶片，其中運放晶片能夠對模擬訊號進行放大處理，而藍芽SoC晶片則集成了處理器和藍芽無線通訊功能。與傳統晶片相比，最新發布的柔性晶片不僅非常薄，而且柔韌度很好。拿在兩根手指之間，輕輕一捏，柔性晶片就會彎成弧形但不會損壞。
不過馮雪指出，柔性電子技術發展目前還處於起步階段，其最大的特點是多學科交叉，將不同行業、不同學科的人吸引在一起，通過彼此碰撞以提供不同思路及問題解決方案。
在陳曉東看來，未來柔性感測器還將佔據5G時代發展的重要位置，“把裝置做成可彎曲、可延展的狀態，戴在身上、手臂上沒有任何感覺，並且可以呈現關於人體資訊的所有資料，這是科學家對未來柔性感測器更高的境界和追求”。