柔性電子

柔性電子1) 碳納米管

碳納米管（CNT）由于其高的本征載流子遷移率，導電性和機械靈活性而成為用于柔性電子學的有前途的材料，既作為場效應晶體管（FET）中的溝道材料又作為透明電極。管狀碳基納米結構可以被設想成石墨烯卷成一個無縫的圓柱體，它們獨特的性質使其成為理想的候選材料。因為它們具有高的固有載流子遷移率和電導率，機械靈活性以及低成本生產的潛力。另一方面，薄膜基碳納米管設備為實現(xiàn)商業(yè)化提供了一條實用途徑。John A. Rogers與鮑哲楠教授分別發(fā)表了專題文章描述了基于CNT的柔性器件的處理和應用，回顧了柔性電子器件中碳納米管的最新進展。

柔性電子2)氧化鋅

氧化鋅是一種眾所周知的寬帶隙半導體材料（室溫下3.4 eV，晶體），它有很多應用，如透明導體，壓敏電阻，表面聲波，氣體傳感器，壓電傳感器和UV檢測器。并因為可能應用于薄膜晶體管方面正受到相當?shù)年P注。同時氧化鋅還具有相當良好的生物相容性，可降解性。E.Fortunato教授介紹了基于氧化鋅的新型薄膜晶體管所帶來的主要優(yōu)勢，這些薄膜晶體管在下一代柔性電子器件中非常有前途。

除此之外，還有眾多的二維材料被應用于柔性電子領域，包括石墨烯、半導體氧化物，納米金等。2014年發(fā)表在chemical review和nature nanotechnology上的兩篇經典綜述詳盡闡述了二維材料在柔性電子的應用。

柔性電子1) 轉移印刷

轉印是一系列用于將微米和納米材料確定性組裝成具有二維和三維布局的空間組織的功能性布置技術。John A. Rogers總結了各種轉移印刷技術的最新進展，從機械和材料方面，到在不同復雜程度的系統(tǒng)中使用它們的工程特點。并介紹了基礎和應用研究以及這些方法在高產量工業(yè)規(guī)模制造中的應用。

柔性電子2)噴墨印刷

噴墨印刷，被稱為數(shù)字書寫技術，可以直接沉積功能性材料以在基材上形成圖案。黃永安教授的文章概述了用于柔性電子產品的噴墨打印技術。包括材料挑戰(zhàn)，工藝進展以及設備研究情況。

柔性電子3) 纖維結構形成

除了常見的印刷以及經典的沉積方法，基于纖維結構的柔性電子器件制作方法也非常適合可穿戴電子產品，這些電子產品具有重量輕，持久，靈活和舒適的特點。陶小明教授討論了關于基于纖維結構的柔性電子器件當前材料的限制，制造技術，以及設備的限制，以及在廣泛推廣使用之前必須加以改進的科學理解。

柔性電子概述

隨著電子設備的發(fā)展，柔性電子設備越來越受到大家的重視，這種設備是指在存在一定范圍的形變（彎曲、折疊、扭轉、壓縮或拉伸）條件下仍可工作的電子設備。

柔性電子定義

柔性電子可概括為是將有機/無機材料電子器件制作在柔性/可延性塑料或薄金屬基板上的新興電子技術，以其獨特的柔性/延展性以及高效、低成本制造工藝，在信息、能源、醫(yī)療、國防等領域具有廣泛應用前景，如柔性電子顯示器、有機發(fā)光二極管OLED、印刷RFID、薄膜太陽能電池板、電子用表面粘貼(Skin Patches)等。與傳統(tǒng)IC技術一樣，制造工藝和裝備也是柔性電子技術發(fā)展的主要驅動力。柔性電子制造技術水平指標包括芯片特征尺寸和基板面積大小，其關鍵是如何在更大幅面的基板上以更低的成本制造出特征尺寸更小的柔性電子器件。

柔性電子涵蓋有機電子、塑料電子、生物電子、納米電子、印刷電子等，包括RFID、柔性顯示、有機電致發(fā)光(OLED)顯示與照明、化學與生物傳感器、柔性光伏、柔性邏輯與存儲、柔性電池、可穿戴設備等多種應用。隨著其快速的發(fā)展，涉及到的領域也進一步擴展，目前已經成為交叉學科中的研究熱點之一。

柔性電子技術有可能帶來一場電子技術革命，引起全世界的廣泛關注并得到了迅速發(fā)展。美國《科學》雜志將有機電子技術進展列為2000年世界十大科技成果之一，與人類基因組草圖、生物克隆技術等重大發(fā)現(xiàn)并列。美國科學家艾倫黑格、艾倫·馬克迪爾米德和日本科學家白川英樹由于他們在導電聚合物領域的開創(chuàng)性工作獲得2000年諾貝爾化學獎。

柔性電子技術是行業(yè)新興領域，它的出現(xiàn)不但整合電子電路、電子組件、材料、平面顯示、納米技術等領域技術外，同時橫跨半導體、封測、材料、化工、印刷電路板、顯示面板等產業(yè)，可協(xié)助傳統(tǒng)產業(yè)，如塑料、印刷、化工、金屬材料等產業(yè)的轉型。其在信息、能源、醫(yī)療、制造等各個領域的應用重要性日益凸顯，已成為世界多國和跨國企業(yè)競相發(fā)展的前沿技術。美國、歐盟、英國、日本等相繼制定了柔性電子發(fā)展戰(zhàn)略并投入大量科研經費，旨在未來的柔性電子研究和產業(yè)發(fā)展中搶占先機。

西方發(fā)達國家紛紛制定了針對柔性電子的重大研究計劃，如美國FDCASU計劃、日本TRADIM計劃、歐盟第七框架計劃中PolyApply和SHIFT計劃等，僅歐盟第七框架計劃就投入數(shù)十億歐元的研發(fā)經費，重點支持柔性顯示器、聚合物電子的材料/設計/制造/可靠性、柔性電子器件批量化制造等方面基礎研究。

在最近的10年間，康奈爾大學、普林斯頓大學、哈佛大學、西北大學、劍橋大學等國際著名大學都先后建立了柔性電子技術專門研究機構，對柔性電子的材料、器件與工藝技術進行了大量研究。柔性電子技術同樣引起了我國研究人員的高度關注與重視，在柔性電子有機材料制備、有機電子器件設計與應用等方面開展了大量的基礎研究工作，并取得了一定進展。中國科學院長春應用化學研究所、中國科學院化學研究所、中國科學技術大學、華南理工大學、清華大學、西北工業(yè)大學、西安電子科技大學、天津大學、浙江大學、武漢大學、復旦大學、南京郵電大學、上海大學等單位在有機光電（高）分子材料和器件、發(fā)光與顯示、太陽能電池、場效應管、場發(fā)射、柔性電子表征和制備、平板顯示技術、半導體器件和微圖案加工等方面進行了頗有成效的研究。近年來，華中科技大學在RFID封裝和卷到卷制造、廈門大學在靜電紡絲等方面取得了研究進展。

知名經濟學家劉姝威在近日表示：“柔宇通過核心技術自主創(chuàng)新，開創(chuàng)了一個全新的柔性電子產業(yè)。

公開了柔性顯示器和包括該柔性顯示器的電子裝置，在柔性顯示器中，背板具有改進的結構，以便即使在重復折疊和展開操作期間也能穩(wěn)定地支承顯示面板，并且該柔性顯示器還可防止其中的特定組成元件的下垂或變形。

前言

第1章 柔性電子器件概述 1

1.1 引言 1

1.2 柔性電子器件的基本結構 6

1.2.1 柔性襯底 8

1.2.2 柔性電極和互聯(lián)導體 9

1.2.3 柔性功能材料和柔性電子元件 10

1.2.4 柔性封裝層 11

1.3 柔性可穿戴電子設備中的核心硬件技術 11

1.3.1 電路技術 11

1.3.2 傳感器技術 11

1.3.3 存儲器技術 13

1.3.4 顯示技術 13

1.4 柔性可穿戴電子設備未來發(fā)展趨勢 14

參考文獻 15

第2章 柔性導電材料與電路 19

2.1 柔性電路的定義及重要性 19

2.2 柔性電路的導電材料 19

2.2.1 金屬薄膜 19

2.2.2 納米晶墨水 21

2.2.3 液態(tài)金屬 23

2.2.4 其他 25

2.3 柔性電路的制備方法 25

2.3.1 傳統(tǒng)微電子加工技術 25

2.3.2 印刷技術 25

2.3.3 其他技術 30

2.4 柔性電路的應用 32

2.5 總結與展望 33

參考文獻 34

第3章 柔性應力敏感材料與應力傳感器 37

3.1 柔性應力傳感器的應用背景 37

3.2 柔性應力敏感材料與應力傳感器 37

3.2.1 電阻式柔性應力傳感器 38

3.2.2 電阻式可拉伸應力傳感器 41

3.2.3 電容式柔性應力傳感器 43

3.2.4 壓電式柔性應力傳感器 46

3.2.5 基于其他原理的柔性應力傳感器 48

3.3 總結和展望 49

參考文獻 50

第4章 柔性環(huán)境傳感材料與傳感器 53

4.1 濕度傳感器 53

4.1.1 濕度傳感器的簡介 53

4.1.2 濕度傳感器的工作原理 53

4.1.3 柔性濕度傳感器 54

4.2 溫度傳感器 57

4.2.1 溫度傳感器的簡介 57

4.2.2 溫度傳感器的工作原理 57

4.2.3 柔性溫度傳感器 58

4.3 氣體傳感器 60

4.3.1 氣體傳感器的簡介與工作原理 60

4.3.2 柔性氣體傳感器 61

4.4 總結與展望 65

參考文獻 65

第5章 柔性光敏感材料與光探測器 69

5.1 引言 69

5.2 光探測器基本原理、性能參數(shù)及主要器件結構 69

5.2.1 光探測基本原理 69

5.2.2 光探測性能參數(shù) 70

5.2.3 光探測器件結構 71

5.3 柔性光探測器的材料 74

5.4 總結與展望 83

參考文獻 84

第6章 柔性磁傳感和存儲材料與器件 87

6.1 引言 87

6.2 可彎曲柔性磁傳感器 87

6.2.1 柔性巨磁電阻多層膜傳感器 87

6.2.2 柔性磁性隧道結傳感器 92

6.2.3 其他柔性磁傳感器 93

6.3 可拉伸柔性磁傳感器 94

6.3.1 可拉伸巨磁電阻多層膜磁傳感器 95

6.3.2 可拉伸巨磁電阻自旋閥傳感器 99

6.4 柔性磁存儲器件 102

6.4.1 磁阻隨機存儲器的發(fā)展 102

6.4.2 柔性磁阻隨機存儲器 103

6.5 總結與展望 105

參考文獻 105

第7章 柔性阻變材料與阻變存儲器 107

7.1 引言 107

7.2 阻變存儲器的基本工作原理 107

7.3 柔性阻變存儲器的材料體系與發(fā)展現(xiàn)狀 109

7.3.1 柔性阻變存儲器的材料體系 109

7.3.2 柔性阻變存儲器的發(fā)展現(xiàn)狀 113

7.4 柔性阻變存儲器的力學性能 116

7.5 總結與展望 120

參考文獻 121

第8章 柔性發(fā)光材料與器件 127

8.1 引言 127

8.2 柔性發(fā)光器件的概況 127

8.2.1 發(fā)光技術的基本原理與器件結構 127

8.2.2 發(fā)光器件的基本性能參數(shù) 129

8.2.3 柔性發(fā)光器件的發(fā)展歷程 130

8.3 柔性發(fā)光材料與器件的研究現(xiàn)狀 130

8.3.1 柔性襯底支撐材料 130

8.3.2 柔性透明電極材料 131

8.3.3 柔性發(fā)光材料 134

8.4 總結與展望 138

參考文獻 138

第9章 柔性半導體材料與晶體管 142

9.1 引言 142

9.2 柔性薄膜晶體管的器件結構與工作原理 143

9.3 柔性薄膜晶體管的重要性能參數(shù) 145

9.4 柔性薄膜晶體管的主要材料 148

9.4.1 柔性襯底材料 148

9.4.2 柔性柵絕緣層材料 149

9.4.3 柔性半導體有源層材料 153

9.4.4 柔性電極材料 157

9.5 總結與展望 157

參考文獻 158

第10章 柔性吸波材料與吸波器件 161

10.1 引言 161

10.1.1 電磁波的應用 161

10.1.2 電磁波的危害 162

10.2 柔性電磁波吸收材料的設計和制造 163

10.2.1 吸波材料設計原理 163

10.2.2 電磁波吸收劑 170

10.2.3 柔性吸波材料制造方法 176

10.3 柔性電磁波吸收材料的應用與展望 180

10.3.1 柔性吸波材料在軍事領域的應用 180

10.3.2 柔性吸波材料在民用領域的應用 181

參考文獻 181

第11章 電子皮膚 184

11.1 人體皮膚概述 184

11.2 電子皮膚概述 185

11.3 電子皮膚材料 186

11.3.1 基底材料 187

11.3.2 敏感材料 188

11.4 電子皮膚的性能要求 192

11.4.1 生物兼容性 192

11.4.2 自我修復能力 192

11.4.3 自我供電能力 194

11.5 電子皮膚的應用 195

11.5.1 體溫傳感 195

11.5.2 體征監(jiān)測 196

11.5.3 運動監(jiān)測 197

11.5.4 表情識別 198

11.6 總結與展望 199

參考文獻 200

索引 204

彩圖 2100433B

本書簡要介紹柔性電子器件出現(xiàn)的背景、應用領域、基本結構和核心硬件技術，系統(tǒng)闡述柔性電路、應力傳感器、環(huán)境傳感器、光探測器、磁場傳感器和存儲器、阻變存儲器、發(fā)光器件、晶體管以及吸波器件的基本工作原理、器件結構、材料選擇與制備方法以及在柔性化應用中所遇到的機遇和挑戰(zhàn)等，詳細介紹相關領域國內外的最新研究進展，并以電子皮膚為牽引探討柔性電子材料與器件未來的發(fā)展趨勢。