柔性电子技术突破瓶颈,这下能让复杂电路像皮肤一样贴合在各种不规则的物体上了

咱们国内的科研团队这回可是下了大功夫,在柔性电子这块儿算是突破了瓶颈,把液态金属电路做成了智能薄膜,这下能让复杂电路像皮肤一样贴合在各种不规则的物体上了。以前这种技术很难实现,一直是落地的拦路虎。这次研究是天津大学精测室的黄显和国瑞团队,跟清华大学深圳国际研究生院的汪鸿章团队合作搞出来的。他们搞出了个“热缩制备策略”,用常见的热塑性高分子薄膜当底子,再加上他们自己弄的半液态金属电路材料,搞出了一套既柔韧又能导电、还能随形变形的电子系统。这个成果在1月12日已经正式在《自然·电子学》上发了。 以前做那种像人工关节、汽车弧形仪表盘、飞机外壳这种复杂三维结构上的电路太难了。传统的刚性电路太硬弯不了,普通的柔性电路要是拉伸或者包裹在曲面上很容易断或者信号不好。为了解决这些问题,研究团队在材料和工艺上都有新动作。他们不用普通的固态金属线了,改弄了一种有点像流体的半液态金属复合材料。这种材料在常温下也能保持稳定形状,导电也挺好,受力的时候还能稍微流动一下,避免因为受力太大而断。 在集成工艺上,他们用热塑性的聚合物薄膜来承载电路。通过高精度打印把液态金属电路画在薄膜表面,弄成二维的平面预制体。最关键的一步是“热驱动三维贴合”,就是给这个附着电路的薄膜稍微加热一下(大概70摄氏度的温水或者热风就行),基底材料就会按设计的样子收缩变形,带动表面的电路跟着变形,紧紧地包裹住目标物体。不管是球体、多棱体还是生物曲面都能贴得严丝合缝,信号还挺稳的。 这种方法把做复杂曲面电子器件的门槛大大降低了,不用像以前那样搞复杂的曲面加工或者转印了。目前这技术已经在用了,比如给机器人手臂和头部装上高密度的触觉传感器阵列,让机器人有了接近人类皮肤的灵敏触觉;还有那种集成了压力和温度传感器的“智能手套”,能通过触觉信号分辨物体是什么材质或者什么状态。这东西还能用在智能头盔的传感网络铺设、植入式医疗设备的电子封装、汽车内饰的交互界面上。 从“平面电路”到“曲面智能”,这个研究不光突破了以前的工艺难题,还开创了一条新路子——先做二维制造,再做三维贴合。这体现了咱们科研团队在交叉学科上的深度融合和创新能力,也给以后智能器件和复杂环境的一体化融合提了个醒。随着技术再成熟一点转成产业,在高端制造、医疗康复、航空航天这些领域肯定能带来一波革新性的应用,帮咱们在新一代电子信息和智能传感技术的竞争里占个头彩。