柔性電子制造:材料、器件與工藝，柔性電子材料的應(yīng)用
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請(qǐng)參閱一篇文章中柔性電子產(chǎn)品的常用材料和應(yīng)用。轉(zhuǎn)載自【2018.12.02 AA探針臺(tái)解讀11】美日韓等國(guó)家戰(zhàn)略發(fā)展的柔性電子項(xiàng)目，長(zhǎng)期將在高精度領(lǐng)域持續(xù)快速增長(zhǎng)。柔性電子器件是一種通過(guò)將無(wú)機(jī)和有機(jī)器件附著到柔性基板上形成電路的技術(shù)。與傳統(tǒng)的硅電子器件相比，柔性電子器件可以彎曲、折疊、扭曲、壓縮、拉伸，甚至形成任何形狀，同時(shí)保持高效的光電性能、可靠性和集成度，是指可以變形的薄膜電子器件。
美國(guó)、日本、韓國(guó)等國(guó)家正在戰(zhàn)略發(fā)展的柔性電子項(xiàng)目，長(zhǎng)期來(lái)看將在高精度領(lǐng)域持續(xù)快速增長(zhǎng)，這也是日本應(yīng)該大力發(fā)展的歷史性機(jī)遇。充分抓住。柔性電子常用材料柔性基板為了滿足柔性電子器件的要求，薄型、透明、良好的柔韌性和拉伸性、絕緣性能、耐腐蝕性等性能成為柔性基板的重要指標(biāo)。常見(jiàn)的柔性材?*ň垡蟻┐跡≒VA）、聚酯（PET）、聚酰亞胺（PI）、聚乙烯萘（PEN）、紙張和紡織材料。聚酰亞胺材料具有耐高溫、耐低溫、耐化學(xué)藥品和良好的電性能等優(yōu)點(diǎn)，是柔性電子最有潛力的材料，但除了耐高溫之外，還必須考慮柔性基板的選擇。選擇時(shí)請(qǐng)考慮透光率、表面粗糙度、材料成本等。聚二甲基硅氧烷（PDMS）也被廣泛認(rèn)為是一種柔性材料，其優(yōu)點(diǎn)包括方便、易得、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、透明和良好的熱穩(wěn)定性。特別是在紫外光下，由于粘合區(qū)和非粘合區(qū)的獨(dú)特特性，電子材料很容易粘附在表面上。盡管PET的轉(zhuǎn)化溫度較低，約為70-80C，但PET價(jià)格低廉且具有良好的光學(xué)透明度，使其成為透明導(dǎo)電薄膜的極具成本效益的材料。
金屬材料金屬材料一般指金、銀、銅等導(dǎo)電材料，主要用于電極和布線。在現(xiàn)代印刷工藝中，導(dǎo)電納米油墨主要用作納米顆粒、納米線等導(dǎo)電材料。金屬納米顆粒除了具有優(yōu)異的導(dǎo)電性外，還可以燒結(jié)成薄膜和電線。有機(jī)材料的大規(guī)模壓力傳感器陣列對(duì)于未來(lái)可穿戴傳感器的發(fā)展非常重要�；趬鹤韬碗娙菪盘�(hào)機(jī)制的壓力傳感器會(huì)受到信號(hào)串?dāng)_的影響，導(dǎo)致測(cè)量不準(zhǔn)確，這個(gè)問(wèn)題已成為可穿戴傳感器開(kāi)發(fā)中的最大挑戰(zhàn)之一。由于晶體管具有完整的信號(hào)轉(zhuǎn)換和放大能力，因此可以用來(lái)減少信號(hào)串?dāng)_。因此，可穿戴傳感器和人工智能領(lǐng)域的許多研究都圍繞著如何獲得大規(guī)模、柔性的壓力傳感晶體管。傳統(tǒng)用于場(chǎng)效應(yīng)晶體管研究的p型聚合物材料主要是噻吩基聚合物，最成功的例子是聚（3-己基噻吩）（P3HT）體系。萘四酰亞胺和苝四酰胺表現(xiàn)出優(yōu)異的n型場(chǎng)效應(yīng)特性，是研究最廣泛的n型半導(dǎo)體材料，廣泛應(yīng)用于小分子n型場(chǎng)效應(yīng)晶體管。無(wú)機(jī)半導(dǎo)體材料無(wú)機(jī)半導(dǎo)體材料，如ZnO和ZnS，由于其優(yōu)異的壓電性能，有望在可穿戴和柔性電子傳感器領(lǐng)域擁有廣泛的應(yīng)用。例如，基于機(jī)械能直接轉(zhuǎn)換為光信號(hào)開(kāi)發(fā)了柔性壓力傳感器。該基質(zhì)利用了ZnS:Mn 顆粒的介觀發(fā)光特性。介觀發(fā)光的核心是壓電效應(yīng)引起的光子發(fā)射。壓電ZnS 的電子能帶產(chǎn)生壓電效應(yīng)，在壓力下傾斜。這有利于錳離子的激發(fā)，錳離子在隨后的去激發(fā)過(guò)程中發(fā)出黃光。通常用于柔性可穿戴電子傳感器的碳材?*ㄌ寄擅墜芎褪�。碳纳脡嬡具有结晶度高、导悼w院謾⒈缺礱婊蟮奶氐�，通过恒姇颀程可诣�刂莆⒖椎拇笮。缺礱婊寐蝕锏?00%。
石墨烯輕、薄、透明，具有優(yōu)良的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性。碳納米管在傳感技術(shù)、移動(dòng)通信、信息技術(shù)、電動(dòng)汽車(chē)等方面具有非常重要和廣泛的應(yīng)用潛力，在碳納米管的應(yīng)用中，導(dǎo)電聚合物是由多臂碳納米管與銀復(fù)合得到的。印刷。具有140%的彈性，同時(shí)保持20S/cm的高電導(dǎo)率。碳納米管和石墨烯可以結(jié)合起來(lái)生產(chǎn)高度拉伸的透明場(chǎng)效應(yīng)晶體管。我們將石墨烯/單壁碳納米管電極和單壁碳納米管網(wǎng)格通道與皺紋無(wú)機(jī)介電層結(jié)合起來(lái)。由于褶皺氧化鋁介電層的存在，在幅度為20%的1000多次拉伸松弛循環(huán)下，漏極電流沒(méi)有變化，表明具有良好的持久性。柔性電子的應(yīng)用領(lǐng)域柔性電子顯示屏柔性電子顯示屏是基于柔性電子技術(shù)平臺(tái)開(kāi)發(fā)的新產(chǎn)品，是一種由軟質(zhì)材料制成的可變、可彎曲的顯示器件。目前可以實(shí)現(xiàn)柔性顯示方式（電子紙技術(shù)、LCD、OLED等），在柔性基板上制作可書(shū)寫(xiě)的電子書(shū)、U盤(pán)容量顯示器等顯示器件。
柔性儲(chǔ)能柔性儲(chǔ)能是一種在柔性/延展塑料或薄金屬基板上制造有機(jī)/無(wú)機(jī)材料電子器件的新型儲(chǔ)能技術(shù)，因其獨(dú)特的柔性/延展性和高效、低成本的制造工藝，具有廣泛的應(yīng)用前景。在信息技術(shù)、能源、醫(yī)療、國(guó)防等領(lǐng)域的應(yīng)用前景，如柔性電子顯示器、有機(jī)發(fā)光二極管（OLED）、印刷RFID、薄膜太陽(yáng)能電池板、電子表面貼紙等。
例如，三星制造了用于可穿戴設(shè)備的小型可折疊210mAh電池，但電池本身厚0.3毫米，可以在手腕上彎曲折疊5萬(wàn)次而不會(huì)出現(xiàn)任何問(wèn)題。柔性醫(yī)療電子設(shè)備的基本特征是將各種電子元件集成在柔性基板上，形成皮膚般的柔性電路板，具有像皮膚一樣的高柔韌性和彈性。
柔性醫(yī)療電子設(shè)備可以長(zhǎng)時(shí)間與人體組織自然融合，可以準(zhǔn)確測(cè)量體溫、呼吸、血壓、心電圖等醫(yī)療指標(biāo)，為大數(shù)據(jù)醫(yī)療提供實(shí)時(shí)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。柔性印刷電路板（FPC）是以聚酰亞胺或聚酯薄膜為基材制成的高可靠性柔性印刷電路板。具有布線密度高、重量輕、壁薄、柔性優(yōu)良等特點(diǎn)，非常適合薄型化、輕量化、小型化的發(fā)展主題。
FPC產(chǎn)業(yè)以日本、美國(guó)、韓國(guó)為主，但由于近年來(lái)生產(chǎn)成本上升，重心逐漸向中國(guó)轉(zhuǎn)移。 FPC位于電子產(chǎn)業(yè)鏈中上游，其直接原材料是上游的柔性覆銅板FCCL，下游的終端家電。目前，日本企業(yè)憑借先發(fā)優(yōu)勢(shì)在產(chǎn)業(yè)鏈上游占據(jù)主導(dǎo)地位，而國(guó)內(nèi)企業(yè)屬于后來(lái)者，實(shí)力相對(duì)較弱。柔性電子市場(chǎng)近年來(lái)迅速擴(kuò)大，成為一些國(guó)家的支柱產(chǎn)業(yè)，有望在信息、能源、醫(yī)藥、國(guó)防等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。據(jù)IDTechEX預(yù)測(cè)，2018年全球柔性電子市場(chǎng)價(jià)值為469.4億美元，預(yù)計(jì)2028年將達(dá)到3010億美元。這是各國(guó)競(jìng)相爭(zhēng)奪的技術(shù)巔峰，也是日本應(yīng)該重視的機(jī)會(huì)。我抓住它。
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