位置:环球观察网 > 艺术 > 正文 >

柔性电子:自主创新引领未来的重要战略产业

2019年11月20日 05:02来源:未知手机版

编者按

随着现代科学技术的发展,在信息、新材料、新能源等领域,特别是交叉融合的方向,正涌现出一批具有重大影响,能够改变科技、经济、社会格局的颠覆性技术,能使一个国家在新一轮产业变革中赢得竞争优势。我国科学家应注重在信息、生命、材料和物质科学领域开展前沿探索,力争在更多战略性基础科学领域实现率先突破,在关键核心技术领域进行颠覆性创新。本期邀请亚太工程组织联合会主席、中国科学院院士黄维介绍颠覆性技术“柔性电子”。

柔性电子是在学科高度交叉融合基础上产生的颠覆性科学技术,能够突破经典硅基电子学的本征局限,可为后摩尔时代器件设计集成、能源革命、医疗技术变革等更新换代等提供创新引领,是我国自主创新引领未来产业发展的重要战略机遇。

催刚为柔,独开生面:柔性源于材料

柔性电子的优异性能首先得力于对有机或无机电子元器件材料性能的极致追求。核心元器件的“柔性”设计是柔性电子器件制备的关键。目前主要通过两种策略实现:

其一,采用本征柔韧性的功能有机分子和聚合物材料作为柔性电子器件构筑单元。例如,在塑料(聚合物)基底上构筑的有机发光二极管(OLED)已被广泛应用于可弯折、可卷曲、轻薄显示屏幕诸如曲面电视、可折叠手机等。有机半导体材料和高分子聚合物材料可作为电子浆料适用于印刷电子技术,实现大批量、低成本、高效率的柔性电子器件加工与集成。未来柔性电子器件的加工与制造就像打印一个文件一样便捷。

其二,通过材料的微结构设计实现刚性无机材料的柔性化。例如当材料的尺寸降低到微纳米尺度后,由于材料的微纳米效应,本身坚硬的材料将表现出可弯曲的柔韧特性。好比一张纸比一本书更容易实现弯折,一根弹簧比一根钢丝更具有伸缩性。基于该策略,近年来,科学家设计制造了“S型”金属微电路,并将其嵌入超薄硅胶材质形成柔性可拉伸集成电路。

由于材料的厚度降低至纳米尺度后,材料的电学和力学性能将发生改变,理论研究和实验研究已经表明原子级厚度的二维材料在柔性电子领域具有广阔的应用前景。例如石墨烯已被验证可作为透明导电薄膜应用于柔性透明触摸屏。

原子级厚度的硫族金属化合物兼具优良的柔韧性和可调控的电输运性能,使得该类材料可作为柔性电子元器件的关键组成单元,使高性能柔性电子的无机化和微型化成为可能。

刚柔并济,崭露头角:材料决定器件

柔性电子器件是柔性电子的主要体现形式之一。以柔性材料为基础,结合微纳米加工与集成技术,设计制造可实现逻辑放大、滤波、数据存储、信号反相、数字运算、传感等功能的新一代柔性电子元器件,是信息技术发展的迫切需求。柔性功能材料所具有的光、电、磁、热、力等独特的物理和化学性能,使得柔性电子器件可被广泛应用于柔性显示、数据加密、可穿戴感知等智能化电子系统。

西北工业大学柔性电子研究院、南京工业大学先进材料研究院和南京邮电大学在有机电子学研究领域具有长期的工作基础,提出了有机半导体p-n能带调节理论,实现了动态自调节智能有机光电材料的设计、制备及器件应用;研制出了高性能的蓝光有机半导体器件,其中非掺杂型蓝光有机半导体器件效率达到国际先进水平;设计和加工了多套有机半导体器件制备与评价系统,建成了180毫米基板的OLED工艺中试线;开发了国内第一套有机半导体喷墨打印系统,首次进行了水溶性有机半导体薄膜的喷墨打印,使得大批量制备有机半导体薄膜成为可能;提出了传感器柔性化的新策略,发展了柔性衬底上微纳米加工技术,研制出了一系列新型高灵敏柔性健康传感器;设计了实现水溶性有机半导体传感材料的多种有效策略,开发了可对多种目标分析物具有超高灵敏度检测的水溶性有机半导体材料,构建了对多种重要分析物具有检测和成像功能的磷光生物探针和具有高特异性的“量子点-生物分子”复合探针,为疾病机理研究和疾病诊断提供了新的分析方法和成像技术;开发了世界上首例无金属、无重元素的纯有机半导体长余辉材料,发展了有机光电材料在数据加密和信息防伪领域的新应用;发现了体相异质结聚合物半导体存储技术,利用其动态特性和空间位阻功能化成功地实现了双稳态调控,开辟了存储器研究的新领域。

本文地址:http://www.astonglobal.net/yishu/1169612.html 转载请注明出处!

今日热点资讯