可延展柔性電子技術(shù)研究進展

作者/岳金雪，鐵嶺市青少年科技活動中心

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可延展柔性電子技術(shù)研究進展

作者/岳金雪，鐵嶺市青少年科技活動中心

文章摘要：在各個領(lǐng)域電子技術(shù)均扮演著重要的角色，為了充分發(fā)揮該技術(shù)，國內(nèi)外學者均十分注重對其研究。本文介紹了電子器材的柔性與可延展性，綜述了可延展性柔性電子技術(shù)的研究進展，旨在促進電子技術(shù)的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：柔性化；電子技術(shù)；研究進展

引言

近幾年，隨著科學技術(shù)水平的提高，材料學、力學、制造工藝水平等均得到了快速的發(fā)展，在先進技術(shù)支持下，實現(xiàn)了可延展性柔性電子器件的制造，此類器件具有良好的性能，同時其適應(yīng)性、便攜性等特點也十分顯著。現(xiàn)階段，可延展柔性電子作為新興電子技術(shù)，其發(fā)展仍處于初級階段，主要用于改進硅基體結(jié)構(gòu)，彌補了硅基芯片的不足，使電子器件具有了良好的柔性、抗震性與輕薄性等特點，同時也降低了其制造成本。本文對可延展柔性電子技術(shù)的研究進展進行了綜述，具體內(nèi)容如下。

1.電子器件的柔性與可延展性

對于常規(guī)電子器件而言，主要是利用硅晶片集成技術(shù)進行制造的，但此技術(shù)具有硬脆性，影響了電子器件的延展與彎曲，如果電子器件出現(xiàn)變形，則其結(jié)構(gòu)將遭到破壞，同時其性能也將受到損壞。在此情況下，常規(guī)電子器件難以適應(yīng)新時期電子產(chǎn)品的發(fā)展需要，為了提高電子產(chǎn)品的質(zhì)量，電子器件的柔性與可延展性得到了廣泛的關(guān)注，通過國內(nèi)外學者的研究提出了以下幾點設(shè)計方案：

■1.1借助柔性功能材料

在制作電子器件時，直接使用柔性功能材料，此時制作具有明顯的簡便性，但也存在不足，主要體現(xiàn)在柔性功能材料方面，其具有較小的壓電系數(shù)、相對介電常數(shù)與耦合因數(shù)等，在此情況下，降低了電子器件的性能。

■1.2采用硬薄膜屈曲結(jié)構(gòu)

為了讓硬薄膜條獲取柔性，借助轉(zhuǎn)印技術(shù)使其在彈性軟基底上形成周期性的正弦曲線。美國相關(guān)學者開展了相關(guān)的實驗研究，采用軟印刷技術(shù)，促進了柔性電子的集成，其研究結(jié)果顯示，上述技術(shù)可在電子材料中廣泛運用，同時可直接集成到曲面上。通過實踐可知，硅薄膜的拉壓應(yīng)變明顯增強，進而促進了硅可延展性的提高。近幾年，相關(guān)的研究日漸深入，通過不斷的改進與完善，促進了轉(zhuǎn)印技術(shù)優(yōu)勢作用的發(fā)揮，如：可操作性、高效性及實用性等。

■1.3利用島橋結(jié)構(gòu)

此結(jié)構(gòu)是指利用可彎曲的導線連接各個微電子結(jié)構(gòu)，此后集成的電子器件，其柔性將有所提高。通過研究與實踐，利用此方法取得了一系列的成果，但其仍存在不足，如：較小的集成密度，難以滿足高覆蓋率的應(yīng)用需求。

■1.4運用開放網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

此結(jié)構(gòu)主要是指對硅基半導體薄膜進行設(shè)計，使其具有開放網(wǎng)格式的結(jié)構(gòu)，此方案改變了元件的形狀，使其呈細長狀分布，因此，其適用性相對較差。

2.可延展柔性電子技術(shù)的研究

可延展柔性電子的優(yōu)點較為顯著，如：較輕的重量，良好的彎曲性、適應(yīng)性與可伸展性，因此，其具有較高的商業(yè)價值與廣闊的發(fā)展前景。在國際上，眾多國家均十分關(guān)注柔性電子的研究，對此項研究投入了大量的人力、物力與財力，相關(guān)研究機構(gòu)、團隊及學者紛紛涌入，如：美國、日本均組建了關(guān)于柔性電子技術(shù)研究小組，IBM、索尼等公司也均對此研究給予了高度關(guān)注，對其展開了廣泛的研究。

國外研究：在Y.Huang教授帶領(lǐng)下，其研究團隊探討了硬薄膜-軟基底柔性結(jié)構(gòu)的力學性能，研究了柔性襯底上硬薄膜的可控化波紋狀結(jié)構(gòu)及硬薄膜納米帶的可控彎曲機理，同時，從力學機理角度，分析了波紋狀結(jié)構(gòu)的相關(guān)內(nèi)容。通過不斷的努力與探索，該團隊研制出柔性電子眼攝像機。相關(guān)學者借助移光刻技術(shù)與各向異性化學腐蝕法，研制出了單晶硅納米條，其具有較高的質(zhì)量；相關(guān)學者利用激光驅(qū)動，使結(jié)構(gòu)進行微小移動，從而獲取了微結(jié)構(gòu)裝配方法。在2012年，J.A.Rogers研究團隊，利用納米尺度轉(zhuǎn)印技術(shù)及成果，通過理論研究與實驗分析，制備了單晶硅薄膜條，并將其集成在柔軟的塑性襯底上，最終獲得了柔性集成電路。Z.Q.Ma團隊借助變硅薄膜，研制了高速柔性電子器件，同時利用激光干涉光刻方法，獲取了柔性寬頻反射器。加拿大研究結(jié)果，提出了新型概念手機，即：紙手機，與其他智能手機相比，前者不僅可打電話、聽音樂，還可彎曲，同時其具有較強的靈活性與輕薄性；惠普公司通過研究與實踐，提出了可彎曲顯示屏。國外其他學者也對相關(guān)內(nèi)容展開了研究，此處不再一一贅述。

國內(nèi)研究：清華大學相關(guān)研究小組提出了競爭斷裂理論，并對可延展的鐵電納米帶在彈性基板上的屈曲進行了研究，取得了一定的成績；西安交通大學相關(guān)研究小組探討了曲線型高分子基金屬薄膜的性能，通過對其延展性的分析，其結(jié)果為：受不同因素的影響，金屬薄膜的應(yīng)力及損傷分布情況均將有所改變。我國其他大學也利用先進的技術(shù)，研制了諸多相關(guān)顯示屏，如：可彎曲顯示屏，其在未來智能電子產(chǎn)品中將得到運用。

近幾年，可延展柔性電子技術(shù)作為研究熱點得到了廣泛的關(guān)注，在國內(nèi)外學者共同努力下，雖然獲得了一定的研究成果，但其中存在的不足也不容忽視，如：轉(zhuǎn)印技術(shù)未能適應(yīng)實踐的需求；柔性襯底研究較為淺薄、柔性傳感器制備尚不成熟。

3.總結(jié)

綜上所述，隨著柔性電子研究的日漸豐富與廣泛，促進了柔性電子器件各性能的提高，如：柔性、可延展性等。在先進技術(shù)支持下，新型柔性傳感器在各個領(lǐng)域的應(yīng)用具有普遍性，如：醫(yī)藥、航空航天等。相信，在柔性電子器件研究理論不斷完善、制備工藝日趨成熟的基礎(chǔ)上，將為人們提供更為輕便、經(jīng)濟的產(chǎn)品，進而人們的生活質(zhì)量也將有所提高。

【參考文獻】

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