科普(原創)|柔性電子材料,具有未來感的新技術

2020-01-02     工企社區

20年後,你的生活也許是這樣的:

脈搏上的電子皮膚,能隨時監測心率、血糖,實現智能把脈;


喉嚨上的電子皮膚,通過感受咽喉肌肉運動產生的壓力變化,為聾啞人「發聲」;


你的整個身體或將成為一個網絡中心,體內的傳感器跟外界產生連接……


這一切看起來很遙遠,但這些技術正在悄悄孕育著,並且極有可能成為新型科技的顛覆者。

現在是智慧型手機時代,但目前的智能電子產品還是屬於硬性電子器件。在未來,人類即將進入一個新的時代,即柔性電子時代。像人類皮膚一樣柔軟的柔性電子器件,將是電子工業下一個發展趨勢,甚至有可能顛覆人類生活。


柔性電子是什麼

柔性電子概念的提出,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。

柔性電子技術是一場全新的電子技術革命,是將有機、無機材料電子器件製作在柔性、可延展性塑料或薄金屬基板上的新興電子技術,在信息、能源、醫療、國防等領域具有廣泛應用前景。


柔性電子技術除了整合電子電路、功能材料、微納製造等領域技術外,同時橫跨半導體、封裝、檢測、材料、化工、印刷電路、顯示面板等產業,還可以助力傳統產業的轉型升級,如塑料、印刷、化工、金屬材料等產業。

通過提升其性能與產業附加值,柔性電子將頻繁出現在人類生活中,為產業結構和未來生活帶來革命性的變化。隨著技術升級,柔性電子的材料研發與豐富應用產品應運而生。


柔性材料及其應用


柔性玻璃

目前的可摺疊手機,是在顯示屏上使用塑料聚合物代替玻璃,這些材料不僅可以根據你的需要彎曲,而且可以反覆進行。但它具有許多缺點,時間久了塑料會有劃痕和皺摺。目前玻璃屏的摺疊技術對於可摺疊智慧型手機來說還不夠成熟。



據《連線》雜誌報道,蘋果iPhone玻璃供應商康寧公司正在研發柔性玻璃產品,他們正在開發超薄、可彎曲的玻璃,厚度為0.1毫米,可以彎曲到5毫米半徑。康寧Gorilla Glass部門的負責人約翰·拜恩(John Bayne)表示,他預計幾年內這種柔性玻璃將問世。


柔性OLED

近30年以來,人們的視線越來越離不開一塊小小的螢幕。從電視、電腦、筆記本電腦、到手機。在此類電子產品的螢幕選擇上,設計者們也正在追求更極致的材料,而OLED顯示屏則成為製造柔性螢幕的不二選擇。

OLED顯示屏具有對比度高、飽和度好等優勢,發光光譜較寬,光色柔和,可以有效避免紫外光和藍紫光對人眼的傷害,保證了人們的用眼健康。成為新一代顯示技術的核心。



柔性OLED屏,採用柔性聚合物(塑料材料)作為基板,不僅能摺疊,螢幕還不容易摔碎。柔性OLED螢幕可以實現360度摺疊,而這已經成為現實。

4月8號,努比亞在中國正式發布了一款「新物種」——努比亞α,這款「新物種」被稱為「腕機」,也就是可穿戴手機。而這款產品最早是在MWC 2019大會上亮相。這款手機就使用了4.01 英寸的柔性 OLED 螢幕,能夠彎曲貼合手腕。


科普(原創)|柔性電子材料,具有未來感的新技術


讓人驚艷的不止於此,知名時尚品牌Louis Vuitton在今年5月推出了全球首款柔性屏手袋,此項「黑科技」的應用意味著手袋不再是人們的裝飾配件,還是一款人機互動的智能設備。



當螢幕能夠彎曲,那摺疊手機不僅能夠實現中間部分的摺疊,更能夠實現整體的自由彎折,你是不是很好奇,那其他元件呢?比如說電池,也是柔性的、可彎曲的嗎?答案是——yes。


柔性電池

傳統的鋰離子電池、超級電容器等儲能產品是剛性的,在彎曲、摺疊時,容易造成電極材料和集流體分離,影響電化學性能,甚至導致短路,發生嚴重的安全問題。

柔性儲能器件成為了近幾年的研究熱點。柔性電池是將有機、無機材料電子器件製作在柔性、可延性塑料或薄金屬基板上的新興儲能技術。現已成功應用於柔性電子顯示器、有機發光二極體OLED、印刷RFID、薄膜太陽能電池板、電子用表面粘貼等。



比如三星做的一種可摺疊的210毫安/時小電池,用在可穿戴設備里,電池本身的厚度可以做到0.3毫米厚,能夠在人的手腕上進行5萬次的彎曲摺疊,而且不出現任何的故障。



柔性電池相對於傳統不可彎曲的電池,體積能量密度一定會受影響。所以柔性電池要充分利用每一個有效空間,通過提升電子器件的電池總體容量,來提升待機時間,這是解決消費者手機待機焦慮的另一種策略。


柔性電子皮膚

柔性電子技術的另一個重要應用——柔性電子皮膚。

通過將剛性半導體聚合物與柔性材料結合,聚合物在拉伸到原來尺寸的兩倍以後,仍然保持原有的導電性能,與非晶矽的導電性能一致,該材料同時體現出像人體皮膚一樣可以拉伸、形成褶皺、自我癒合的特性。



柔性電子皮膚能夠用於柔性機器人。使機器人擁有人類般的柔性皮膚,便於機器人做出各種高難度動作,還能夠使機器人能敏銳地感覺到外界環境的變化,對環境變化作出相應反應。

更具未來感的應用就是——作為一種可嵌入或覆蓋人體的高精尖設備。未來或許不需要給慢性病患佩戴電子監視設備來跟蹤心率、血壓、血糖等指標,柔性電子皮膚就是人體健康最好的晴雨表。


可以說,柔性電子皮膚的潛力極大。隨著智能醫療、虛擬現實、人工智慧等科技的普及,可穿戴設備的需求激增,而柔性電子皮膚作為可穿戴設備的完美結合,想一想一塊電子元件安裝在身體上作為皮膚使用,這場景是不是很科幻?


柔性3D列印

相信在兒時《未來的世界》的命題作文中,大家都曾用非常大膽的筆觸描繪過對於幾十年後未來科技生活的想像,尤其是關於機器人。人們總是對其充滿期待,希望他們有一天能夠做出美食,彈奏出音樂。現在,這一切已經不再只是想像。

劍橋大學工程系研究員 Josie Hughes 及其團隊造出了一隻與眾不同的機器手,和人的手一樣,它每根手指上有 3-4 個關節。它不僅可以彈奏音樂,還在在音量控制、彈奏斷音和連音等方面表現出了更強的靈活性。



這隻機器手是通過柔性 3D 列印的方式製作而成的。在製作過程中,研究者混合了不同比例的硬塑料和軟橡膠,以生產具有不同硬度的韌帶和關節,然後再將其連接到普通的機械手臂上。


雖然,它和真正的鋼琴家之間還差了2019個貝多芬,但是它已經可以表現出多種的風格和運動模式,而這已經足夠稱得上是「黑科技」了。

這項研究可以視為軟體機器人設計方面的新嘗試,有朝一日,機器人能夠像人體一樣靈活,它們甚至可以通過觸摸探索周圍環境,進行環境探測或者醫療診斷。這種未來,科幻感十足!


結語


摺疊電腦、摺疊手機、可穿戴數碼產品方興未艾,隨著科學技術發展,柔性電子設備越來越受到社會重視,這類設備在彎曲、摺疊、扭轉、壓縮或拉伸條件下仍可工作,在能源、醫療、信息通訊等領域擁有十分廣闊的發展空間。

柔性電子帶來的一件件作品,正在詮釋著萬物互聯時代下創新與傳統的融合,科技連接萬物的時代正在不斷逼近。

可以大膽設想一下,20年後,你的生活可能是這樣的:

早晨,身上的柔性電子皮膚手錶將你喚醒,並且報告了你的睡眠質量;戴上眼鏡,透明螢幕上已經為你顯示了當天的日程表;洗漱完畢,機器人已經為你和家人準備了早餐;出門之後,手腕上的智能手錶顯示空氣品質為優;智能助手為你叫的「飛的」已經停在屋外,正等你開啟一天的行程......

文章來源: https://twgreatdaily.com/zh-hk/UUkJa28BMH2_cNUgpN7L.html