柔性电子技术是指在柔性衬底上集成不同材料体系、不同功能元器件,构成可拉伸、弯曲变形的柔性信息器件与系统的新兴电子技术。可以说,柔性电子技术颠覆性改变传统信息器件、系统的刚性物理形态,实现信息获取、处理、传输、显示以及能源的柔性化,以其更好的生物兼容性实现信息与人、物体、环境的高效共融,实现“万物皆互联”,对未来的信息获取、处理、传输等形式产生颠覆性影响。
作为近年来新兴起的前沿技术,柔性电子技术具备质量轻、形态可变、功能可重构、柔韧性更好、体积更轻薄、能耗更低等突出优势。随着万物互联的5G时代的到来,越来越多的产品和应用场景需要显示、触控等交互功能,而传统的显示设备显得愈发“僵硬”。
柔性屏
早在1974年,就有研究人员推出了名为“Gyricon”的电子纸,它不但可以像纸一样弯曲,同时还能直接显示图像信息。
2013年,柔性屏手机成功问世。此后,国内外柔性屏产品层出不穷:LG公司推出一款具有随意弯曲折叠效果的柔性显示屏;加拿大研究人员率先推出融入了柔性显示屏的智能手机ReFlex。在2019年世界移动通信大会上,除了5G以外,折叠屏成为最大热点。华为和三星先后推出可折叠手机,带火了柔性屏概念,引领市场发展新潮流。今年初据外媒消息称,苹果公司获得了一种具有独特铰链机制的可折叠设备专利,该专利用于可折叠手机,表明苹果自己的折叠屏iPhone和iPad都已在路上。
柔性电子皮肤
柔性电子皮肤由美国科学家于2013年6月研制发明成功,这款电子皮肤主要用来覆盖在机器人的机械臂上,使其能实时对障碍物进行反应,帮助机器人避开前进中的各种障碍。
而从广义上讲,柔性电子皮肤还包括建立在柔性电子技术上的新型传感装置,主要利用导电材料受到的微小压力引起的电信号变化来监测人体各项生理指标。通过贴附在人体表皮,这种电子皮肤可以对人体汗液中的流动物质进行跟踪,采集心率、呼吸频率等数据,进而掌握人体身体状况。
柔性电池
柔性电池,通常指的是可柔性化的电池能源,即可以承受弯曲、拉伸、扭曲甚至折叠等形变的电池。随着柔性屏和柔性可穿戴电子产品的蓬勃发展,对柔性化储能器件的需求愈发强烈。
例如,对于折叠屏手机来说,柔性电池不仅进一步大幅提升了续航空间,也提升了手机电池的安全性,支持可拉伸形变的柔性电池更能带来外观和功能方面的技术创新。日前,有国外媒体曝光了一组三星柔性电池的专利:其在折叠手机的铰链部分也装配了可以弯曲的柔性电池。这样的话,三星就可以给旗下折叠手机装配更多的电池容量。
为了满足柔性和便携性的双重要求,柔性电池需要在电极材料选取和电池结构设计上同时具备良好的柔性、高能量密度和较好的安全性能,诸如柔性锂离子电池这类大小不同、形状各异且具有优良力学性能的柔性储能装置或电源正在得到广泛应用。
柔性传感器
柔性传感器作为柔性电子技术的突出成果,能实现仿人类的触觉、嗅觉、味觉、听觉、视觉等多种感知功能,在健康监测、医疗保健和无线传感器网络等物联网领域具有广泛应用。
目前,已经有很多科技公司意识到柔性传感器对于人体生理监测和健康保健方面的巨大作用。通过将柔性传感器集成到智能设备中,来监测人体体温、心电、血压、血糖以及胎心电等生理参数,不仅以“柔性、贴身、可穿戴”的形态极大改善传统监测设备的硬性形态,使得健康监测变成一件随时随地的事情。同时也打破了监测地点的限制性,实现了远程、可移动式监测,疾病的筛防和健康监测更加常态化和家庭化。
除了将这些柔性传感器产品化,也可将其置入传统穿戴设备中,在其发挥原功能属性的同时,兼具生理监测、行动识别、联网通讯等功能,进一步将“人”与“物”相融合。美国BeBop公司运用智能织物开发了柔性压力传感器,可直接应用到自行车头盔、汽车座椅、数据手套、鞋子、服装和方向盘产品中。
此外,柔性传感器在智慧农业方面也具有良好的应用。ADI利用物联网(IoT)技术来改善食品产业,展开了一项名为“连网西红柿”(Internet ofTomatoes)的项目,该项目采用柔性混合传感器,通过对植物种子播种到成熟的检测,并将收获的番茄通过食品供应链进行运输。番茄农场里用到了湿度、温度等环境传感器,一旦选择检测番茄,那么传感器就可以随时关注他们的状态。此外,传感器技术还能模拟出成熟度和对味道的预测。
随着柔性电子技术的深入研究和应用发展,其将实现与射频识别技术的“强强联合”,开启物联网应用的无限可能,一个万物互联互通的智能新时代正在朝我们走来。
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