關鍵詞：柔性電子，柔性材料，柔性顯示，醫療生物材料

導語：柔性電子（Flexible Electronics）是一種技術的通稱，是將有機/無機材料電子器件制作在柔性/可延性基板上的新興電子技術。相對于傳統電子，柔性電子具有更大的靈活性，能夠在一定程度上適應不同的工作環境，滿足設備的形變要求。但是相應的技術要求同樣制約了柔性電子的發展。首先，柔性電子在不損壞本身電子性能的基礎上的伸展性和彎曲性，對電路的制作材料提出了新的挑戰和要求；其次，柔性電子的制備條件以及組成電路的各種電子器件的性能相對于傳統的電子器件來說仍然不足，也是其發展的一大難題。柔性電子（Flexible Electronics）又稱為塑料電子（Plastic Electronics）、印刷電子（PrintedElectronics）、有機電子（Organic Electronics）、聚合體電子（Polymer Electronics）等；是將有機/無機材料電子器件制作在柔性/可延性塑料或薄金屬基板上的新興電子技術。在人們的印象中，有機材料，如塑料等，都是很好的絕緣體，很少有人會想到塑料也能導電。

近年來，由于對導電高分子的研究有了新突破，有機材料可以從傳統的絕緣體變成可導電的半導體，柔性電子便應運而生。現代化學等技術的發展，促進了柔性電子這樣一門學科的發展。柔性電子制造的關鍵包括制造工藝、基板和材料等，其核心是微納米圖案化（Micro- and Nanopatterning）制造，涉及機械、材料、物理、化學、電子等多學科交叉研究。柔性電子以其獨特的柔性/延展性以及高效、低成本制造工藝，在信息、能源、醫療、國防等領域具有廣泛應用前景，如柔性電子顯示器、有機發光二極管OLED、印刷RFID、薄膜太陽能電池板、電子報紙、電子皮膚(Skin Patches)/人工肌肉等。柔性電子除整合電子電路、電子組件、材料、平面顯示、納米技術等領域技術外，同時橫跨半導體、封測、材料、化工、印刷電路板、顯示面板等產業，可協助傳統產業，如塑料、印刷、化工、金屬材料等產業的轉型，提升產業附加值，因此柔性電子技術的發展必將為產業結構和人類生活帶來革命性的變化。

柔性電子的定義及領域

一

什么是柔性電子？

柔性電子可概括為是將有機/無機材料電子器件制作在柔性/可延性塑料或薄金屬基板上的新興電子技術，以其獨特的柔性/延展性以及高效、低成本制造工藝，在信息、能源、醫療、國防等領域具有廣泛應用前景，如柔性電子顯示器、有機發光二極管OLED、印刷RFID、薄膜太陽能電池板、電子用表面粘貼(Skin Patches)等。與傳統IC技術一樣，制造工藝和裝備也是柔性電子技術發展的主要驅動力。柔性電子制造技術水平指標包括芯片特征尺寸和基板面積大小，其關鍵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電子器件。隨著電子設備的發展，柔性電子設備越來越受到大家的重視，這種設備是指在存在一定范圍的形變（彎曲、折疊、扭轉、壓縮或拉伸）條件下仍可工作的電子設備。

二

二

柔性電子的領域

柔性電子涵蓋有機電子、塑料電子、生物電子、納米電子、印刷電子等，包括RFID、柔性顯示、有機電致發光(OLED)顯示與照明、化學與生物傳感器、柔性光伏、柔性邏輯與存儲、柔性電池、可穿戴設備等多種應用。隨著其快速的發展，涉及到的領域也進一步擴展，目前已經成為交叉學科中的研究熱點之一。

三

柔性電子帶來的電子技術革命

柔性電子技術有可能帶來一場電子技術革命，引起全世界的廣泛關注并得到了迅速發展。美國《科學》雜志將有機電子技術進展列為2000年世界十大科技成果之一，與人類基因組草圖、生物克隆技術等重大發現并列。美國科學家艾倫黑格、艾倫·馬克迪爾米德和日本科學家白川英樹由于他們在導電聚合物領域的開創性工作獲得2000年諾貝爾化學獎。柔性電子技術是行業新興領域，它的出現不但整合電子電路、電子組件、材料、平面顯示、納米技術等領域技術外，同時橫跨半導體、封測、材料、化工、印刷電路板、顯示面板等產業，可協助傳統產業，如塑料、印刷、化工、金屬材料等產業的轉型。其在信息、能源、醫療、制造等各個領域的應用重要性日益凸顯，已成為世界多國和跨國企業競相發展的前沿技術。美國、歐盟、英國、日本等相繼制定了柔性電子發展戰略并投入大量科研經費，旨在未來的柔性電子研究和產業發展中搶占先機。

柔性電子常用材料の紹介

一

柔性基板

為了滿足柔性電子器件的要求，薄、透明、 靈活和可拉伸。絕緣性和耐腐蝕性等性能已成為柔性基板的關鍵指標。常見的柔性材料有：聚乙烯醇（PVA）、聚酯（PET）、聚酰亞胺（PI）、聚萘二甲酸乙二醇酯（PEN）、紙張、紡織材料等。聚酰亞胺材料具有 具有耐高溫、耐低溫、耐化學藥品和良好的電氣性能等優點。它是柔性電子產品最具潛力的材料。僅在柔性基板的選擇上，除了耐高溫特性外，柔性基板的透光率、表面粗糙度和材料成本都是選擇時必須考慮的因素。聚二甲基硅氧烷 (PDMS) 也是一種廣泛認可的柔性材料。其優點包括方便易得、化學性質穩定、透明和良好的熱穩定性。尤其是在紫外光下，粘附和不粘附的區別特性使表面容易粘附電子材料。PET雖然轉化溫度低，在70~80°C之間，但價格便宜，透光性好。它是一種極具成本效益的透明導電薄膜材料。

二

金屬材料

金屬材料一般是金、銀、銅等導電材料，主要用于電極和導線。對于現代印刷工藝，導電納米油墨主要用作導電材料，包括納米顆粒和納米線。除了良好的導電性外，金屬納米顆粒還可以燒結成薄膜或導線。

三

有機材料

大規模壓力傳感器陣列對于未來可穿戴傳感器的發展非常重要。基于壓阻電容信號機制的壓力傳感器存在信號串擾，導致測量不準確。這個問題已經成為發展的問題。佩戴傳感器的最大挑戰之一。由于晶體管完美的信號轉換和放大性能，晶體管的使用使得減少信號串擾成為可能。 因此，可穿戴傳感器和人工智能領域的大量研究都集中在如何獲得大規模柔性壓敏晶體管上。場效應晶體管研究中傳統使用的p型高分子材料主要是噻吩聚合物，最成功的例子是聚（3-己基噻吩）（P3HT）體系。 萘四亞胺和苝四亞胺表現出良好的n型場效應性能，是研究最廣泛的n型半導體材料，廣泛應用于小分子n型場效應晶體管。

四

無機半導體材料

以ZnO、ZnS為代表的無機半導體材料在可穿戴柔性電子傳感器領域展現出優異的壓電性能。應用前景廣闊。例如，已經開發出一種基于將機械能直接轉換為光信號的柔性壓力傳感器。該基質利用了 ZnS:Mn 顆粒的光致發光特性。荔枝發光的核心是壓電效應引起的光子發射。壓電ZnS的電子能帶在壓力作用下發生傾斜，可以促進錳離子的激發，隨后的去激發過程發出黃光。

五

碳材料

柔性可穿戴電子傳感器中常用的碳材料包括碳納米管和石墨烯。 碳納米管具有結晶度高、導電性好、比表面積大、微孔尺寸可通過合成過程控制等特點，比表面利用率可達100%。石墨烯具有輕、薄、透明、導電導熱性好的特點。在傳感技術、移動通信、信息技術和電動汽車等領域具有極其重要和廣闊的應用前景；在碳納米管的應用中，使用了多臂碳納米管和銀復合材料，通過印刷這種方式得到的導電聚合物傳感器在140%拉伸下的電導率仍然高達20S/cm。當碳納米管和石墨烯結合使用時，可以制備高度拉伸的透明場效應晶體管。它將石墨烯/單壁碳納米管電極和單壁碳納米管網格通道與波紋狀無機介電層結合在一起。由于波紋氧化鋁介電層，超過一千在20%幅度的舒張舒張循環下漏電流沒有變化，顯示出良好的可持續性。

柔性電子的應用領域

一

柔性電子的領域

柔性電子顯示器是在柔性電子技術平臺上研發出來的全新產品，是由柔軟材料制成，可變型可彎曲的顯示裝置。目前可實現柔性顯示模式（電子紙技術、LCD、OLED等）制作在柔性基板上的顯示器件，比如可書寫的電子書、U盤容量顯示等。

二

柔性儲能

柔性儲能是由有機/無機材料電子器件在柔性/延展性塑料或薄金屬基板上制成 /延展性和高效低成本制造技術，互聯網上新興的儲能技術在信息、能源、醫療、國防等領域具有廣闊的應用前景。已成功應用于柔性電子顯示器和有機發光二極管。OLED、印刷RFID、薄膜太陽能電池板、電子產品表面粘合等。

三

柔性醫療電子

柔性醫療電子的基本特征是將各種電子元件集成在柔性基板上，形成皮膚狀的柔性電路板。像皮膚一樣，它具有很高的柔韌性和彈性。柔性醫療電子可以長時間與人體組織自然融合，可以準確測量體溫、呼吸、血壓、心電圖等醫療指標，并提供 大數據醫療實時基礎數據。

四

柔性印刷電路板

柔性印刷電路板（FPC）是一種以聚酰亞胺或聚酯薄膜為基材的具有高可靠性、優良的柔性印刷電路板。具有布線密度高、重量輕、厚度薄、彎曲性好等特點，完美契合輕、薄、小型化的發展主題。FPC產業以日美韓為主。近年來，生產成本的增加促使FPC行業逐漸轉移重心。到國內。FPC位于電子產業鏈的中上游。其直接原材料上游為柔性覆銅板FCCL，下游為終端消費電子產品。