柔性电子自主创新引领未来产业发展

2019-10-26 01:17阅读:82

作者 : 千讯咨询   来源 / 本站整理

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千讯咨询发布的《中国电子市场发展研究及投资前景报告》显示,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。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。

柔胜刚克,乘风破浪:器件跨越应用

当前,电子信息产业仍然以刚性器件和系统为主。经过近百年的技术积累,刚性器件具有成熟的加工装备、高运行速度、高精确性、高稳定性等优点。然而,经典硅基电子学的局限性受摩尔定律的影响日益突出。柔性电子的诞生为经典电子学的发展提供了新的方向,触发了新形态电子设备的产生,也将使人们的日常生活发生革命性的变化。如可折叠、可卷曲、柔性显示器将改变现有图片和影视的呈现形式,使得手机、电视等消费电子产品的形态更加新颖和轻便。

柔性电子皮肤可集成多种柔性传感器,通过优化柔性器件与生物中枢神经系统界面,帮助义肢实现感知功能,赋予机器人具有、甚至超越人类皮肤的智能仿生触觉功能。柔性健康传感器可以贴附于人体用来对体温、心率、心电、脑电波、血压、汗液和血液组分等健康参数持续检测,并对相关数据进行智能分析和存档,实现人体健康状况的评估与疾病的远程诊断。柔性健康监测系统,可随时随地持续监测人体健康状态。

柔性电子具有轻薄、低能耗、好的生物相容性和可调控力学性能等,特征使得健康监测系统可长期贴附于人体皮肤而不影响人们的日常活动。智能穿戴设备可将应用软件和网络进行无线连接,实现远程办公和休闲的结合,也可实现诸如基于生理电监测的意念控制技术。可植入的柔性电子设备为复杂疾病的治疗,如帕金森、癫痫、抑郁症等提供了新的治疗手段。

近年来,人工智能技术的发展推动了语音识别、机械控制和经济政策决策的精准化、智能化、高效化。柔性电子是人工智能的基础支撑,将引领和拓展人工智能技术在更多领域的应用。柔性人工神经形态芯片可实时模拟人类大脑进行学习与高速运算,从而满足人工智能技术对云计算等超强处理算法的硬件需求。柔性电子的智能化特质,使得其在未来信息技术中具有不可替代的作用。

以柔克刚,决胜千里:应用定义未来

柔性电子是实践“人才强国战略”的重要途径之一。柔性电子的多学科高度交叉性,将打破传统学科间的壁垒,以创新的人才引进和培养方式,促进新兴前沿交叉学科的建设与发展。以柔性电子为契机,实施创新制度建设,凝聚海内外中华儿女智慧和力量,激发各类创新群体的人才引领示范作用、挖掘人才创新活力和潜能,为构筑人类命运的共同体作出新贡献。

在新一轮科技革命和产业变革中,柔性电子是我国自主创新引领未来的重要战略机遇。应把握住发展柔性电子这一产业,立足于前瞻性基础研究,凝练提出重大科学问题,寻求重大理论突破,掌握核心关键技术,产出引领性原创成果,提高我国相关学科原始创新和自主创新能力。

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