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李潤(rùn)偉 中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所

黃永安 華中科技大學(xué)

單光存 北京航空航天大學(xué)

一、國(guó)內(nèi)外發(fā)展態(tài)勢(shì)

近些年，柔性電子技術(shù)在信息、能源、醫(yī)療、制造等領(lǐng)域應(yīng)用的重要性日益凸顯，已成為世界各國(guó)競(jìng)相發(fā)展的前沿技術(shù)領(lǐng)域。目前，美國(guó)、歐盟、英國(guó)、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家和聯(lián)盟都相繼制定了柔性電子發(fā)展戰(zhàn)略，并投入了大量的科研經(jīng)費(fèi)，如美國(guó)國(guó)防部成立了柔性混合電子學(xué)制造創(chuàng)新中心（FHEMII）、日本成立了先進(jìn)印刷電子技術(shù)研發(fā)聯(lián)盟、歐盟啟動(dòng)了第七框架計(jì)劃Flexible Electronics項(xiàng)目群等。此外，康奈爾大學(xué)、普林斯頓大學(xué)、哈佛大學(xué)、西北大學(xué)、劍橋大學(xué)等國(guó)際著名大學(xué)也先后建立柔性電子技術(shù)研究機(jī)構(gòu)，對(duì)柔性電子的材料、工藝集成、器件開發(fā)與應(yīng)用進(jìn)行大量研究。

在柔性材料方面，美國(guó)斯坦福大學(xué)的鮑哲南教授深入研究了彈性導(dǎo)電材料PEDOT:PSS的結(jié)構(gòu)改性，制備出高導(dǎo)電性、高彈性、耐形變的導(dǎo)電材料，可用于電子器件的信號(hào)獲取與傳輸。

在工藝集成方面，日本東京大學(xué)的Takao Someya團(tuán)隊(duì)使用靜電紡絲技術(shù)制備納米纖維膜，該復(fù)合材料具有良好的柔彈性及環(huán)境適應(yīng)性，適用于探測(cè)壓力、應(yīng)變、皮膚阻抗等。

在柔性器件開發(fā)應(yīng)用方面，美國(guó)西北大學(xué)的John A. Rogers團(tuán)隊(duì)在集成化多功能柔性傳感器領(lǐng)域同樣有著豐富經(jīng)驗(yàn)，開發(fā)的可貼敷電子皮膚能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)嬰兒的呼吸、溫度、心跳等生理信號(hào)，并能將數(shù)據(jù)無線傳輸?shù)酵獠吭O(shè)備。

與電子產(chǎn)業(yè)的其他領(lǐng)域不同，我國(guó)柔性電子的基礎(chǔ)研究與國(guó)際水平基本同步，有望實(shí)現(xiàn)“彎道超車”，成為全球柔性電子技術(shù)領(lǐng)域的重要引領(lǐng)者。

在柔性材料方面，中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所的李潤(rùn)偉團(tuán)隊(duì)對(duì)液態(tài)金屬基關(guān)鍵彈性功能材料的研究取得豐碩成果，實(shí)現(xiàn)了數(shù)十萬次應(yīng)變循環(huán)；北京航空航天大學(xué)單光存團(tuán)隊(duì)提出了一種利用叉指電極制備基于MXene/PVP的高性能電容式柔性壓力傳感器的新方法，該方法使得傳感器具有高靈敏度、低檢測(cè)限和寬傳輸范圍。

在工藝集成方面，黃永安教授團(tuán)隊(duì)在氣動(dòng)載荷柔性傳感技術(shù)方面做了許多開創(chuàng)性工作，開發(fā)了飛行器柔性電子智能蒙皮，可以將大規(guī)模、超薄的多功能柔性傳感器集成到飛行器表面。

在柔性器件開發(fā)應(yīng)用方面，中科院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所張珽研究團(tuán)隊(duì)已將柔性微納傳感器及微系統(tǒng)應(yīng)用在下一代智能人形機(jī)器人、人機(jī)融合、柔性腦機(jī)接口上；中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所的李潤(rùn)偉研究團(tuán)隊(duì)在面向可穿戴電子器件的彈性應(yīng)變傳感器、彈性磁傳感器的研究成果頗豐，發(fā)展了柔彈性導(dǎo)線、彈性應(yīng)變傳感器、數(shù)據(jù)手套及智能服裝等產(chǎn)品，并逐步實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。

二、我們發(fā)展中存在的問題

1. 制造和集成技術(shù)不成熟：柔性電子器件的制造和集成技術(shù)尚需進(jìn)一步研究和開發(fā)，需要新的材料和制造工藝來提升其性能。

2. 先進(jìn)測(cè)試制備裝備依賴進(jìn)口：柔性電子領(lǐng)域的關(guān)鍵材料和技術(shù)裝備大多依賴進(jìn)口，導(dǎo)致產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)苤朴趪?guó)外技術(shù)和專利封鎖。

3. 產(chǎn)業(yè)人才短缺：高端創(chuàng)新人才和高技能職業(yè)人才的缺乏成為制約柔性電子技術(shù)可持續(xù)發(fā)展的重要瓶頸因素之一。

4. 傳統(tǒng)制造模式的瓶頸：傳統(tǒng)制造技術(shù)已無法滿足柔性電子快速發(fā)展的需求，成為遏制其進(jìn)一步發(fā)展的瓶頸。

5. 成本高、產(chǎn)量低：柔性電子產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)化制造面臨規(guī)模、成本和質(zhì)量方面的挑戰(zhàn)，尤其是在降低成本和確保產(chǎn)品質(zhì)量方面存在困難。

6. 接口不穩(wěn)定性問題：在柔性電子器件的組裝中，商用導(dǎo)電膠容易變形、斷裂，導(dǎo)致接口不穩(wěn)定，影響器件的拉伸性和信號(hào)質(zhì)量。

這些問題表明，盡管我國(guó)在柔性電子領(lǐng)域已取得一定成果，但仍需在材料研發(fā)、技術(shù)創(chuàng)新、人才培養(yǎng)等方面加大投入，以推動(dòng)產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

三、意見及建議

首先在柔性材料方面，我國(guó)處于國(guó)際前沿，但柔性材料仍存在魯棒性、一致性、穩(wěn)定性差的難題。其關(guān)鍵科學(xué)問題在于如何匹配不同楊氏模量的材料，在產(chǎn)生形變及復(fù)雜應(yīng)用環(huán)境下能夠保持長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定連接和穩(wěn)定工作的能力。

其次在工藝集成方面，我國(guó)已在此領(lǐng)域進(jìn)行了多域傳感和融合感知，但如何高效地處理串?dāng)_，并實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)解耦，成為該領(lǐng)域面臨的重要問題。

最后在器件開發(fā)應(yīng)用方面，如何在復(fù)雜應(yīng)用場(chǎng)景下實(shí)現(xiàn)快速、穩(wěn)定高靈敏度感知；如何在同一器件中實(shí)現(xiàn)多種感知功能集成；如何實(shí)現(xiàn)大面積、批量化、一致性制造，仍是未來亟待解決的問題。

此外，柔性電子學(xué)作為我國(guó)新的一級(jí)交叉學(xué)科，仍處于萌芽階段，建議注重前沿技術(shù)的支持力度，構(gòu)建智能感知器件及系統(tǒng)基礎(chǔ)研究人才梯隊(duì)，與此同時(shí)也要重視需求牽引，加大對(duì)應(yīng)用項(xiàng)目的支持力度，以加速實(shí)現(xiàn)我國(guó)現(xiàn)有柔性電子領(lǐng)域科研成果的產(chǎn)業(yè)化落地。