可伸缩电子产品的未来

可伸缩电子产品的未来

根据发表在《先进材料科学与技术》上的一篇评论,可伸缩电子技术正在成为下一代可穿戴设备的一项有前途的新技术。

图1:广泛的可伸缩电子器件正在被研究,包括这种薄膜晶体管矩阵,显示松弛(L)和拉伸到约60%(R)。晶体管参数在拉伸到140%时几乎保持不变。(学分:松下,N.等人自然交流。2015年7月25日/创意公地)

可伸缩电子产品的未来图2:该太阳能电池可以拉伸(L)或扭曲(R),而不会降低性能。(学分:Nam,J.等人科学报告。2017年8月8日/Creative Commons)

该技术在医疗、能源和军事领域有许多可能的应用。但在寻找合适的材料和制造方法方面,仍存在一些挑战。根据评论作者、武汉大学材料科学家魏武(音译)的说法,制造可伸缩电子产品的最大挑战是,在保持性能的同时,每个部件必须能够承受压缩、扭曲和应用到不平坦的表面上。

正在开发许多不同的可伸缩电子元件。例如,低成本的可拉伸导体和电极是由银纳米线和石墨烯制成的。一个紧迫的技术问题是需要可伸缩的能量转换和存储设备,如电池。锌基电池是很有前途的候选者;然而,要使其在商业上可行,还需要做更多的工作。

电池的替代品是可伸缩纳米发电机,它可以从各种自由可用的振动(如风或人体运动)中产生电能。可伸缩太阳能电池也可用于为可穿戴电子设备供电。

通过集成多个可伸缩组件(如温度、压力和电化学传感器),可以创建一种类似人体皮肤的材料,该材料可以使用汗液、眼泪或唾液的信号进行实时、无创的医疗保健监控,也可以用于智能假肢或带Enhan的机器人。CED感知能力。然而,目前人工皮肤的制作仍然是费时且复杂的。

目前有两种主要的制造可伸缩电子产品的策略。第一种是使用本质上可拉伸的材料,如橡胶,它能承受大变形。然而,这些材料有局限性,如高电阻。

第二种方法是采用创新设计使非柔性材料具有可伸缩性。例如,像硅这样的易碎半导体材料可以在预拉伸表面上生长,然后压缩,产生屈曲波。另一种策略是使用软金属或液态金属等柔性互连将刚性导电材料的“孤岛”连接在一起。折纸启发的折叠技术可以用来制造可折叠的电子设备。将来,可伸缩电子设备可能会通过新的功能得到增强,例如无线通信、自充电甚至自愈。

实验室测试后的下一步是将可伸缩电子设备推向市场。评论作者总结说,这需要更便宜的材料和更快、可扩展的制造方法。

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