Advanced Materials专刊：柔性混合电子

2020年4月16日，清华大学柔性电子技术研究中心（以下简称“柔电中心”）策划的Advanced Materials专刊“Flexible HybridElectronics”正式出版，主封面以清华大学二校门和柔电中心Logo为设计元素，阐述柔性电子在生物医疗、脑机接口、物联网等方面的潜在应用。柔电中心主任、清华大学冯雪教授，美国四院院士John A. Rogers教授和新加坡南洋理工大学陈晓东教授受邀担任本次专刊的共同特邀编辑。   “Flexible Hybrid Electronics”专刊汇聚柔性电子技术领域国际知名学者的前沿研究成果，将成为柔电中心建设国际一流柔性电子技术研究阵地，达到引领国际学术前沿和引领全球技术方向的重要载体。本次专刊聚焦柔性混合电子，尤政院士、冯雪教授、段炼教授和罗毅教授等受邀带领团队从材料设计、先进制备工艺、信息-物理界面系统和新兴应用四个方面详尽阐述了柔性混合电子的发展，为专刊贡献了5篇论文：

Laser Fabrication of Graphene-Based Flexible Electronics

Flexible Hybrid Electronics for Digital Healthcare

Emerging Self-Emissive Technologies for Flexible Displays

Van der Waals Epitaxy of III-Nitride Semiconductors Based on 2D Materials for Flexible Applications

Mechanically-Guided Structural Designs in Stretchable Inorganic Electronics

图1. Advanced Materials专刊“Flexible Hybrid Electronics”   尤政院士团队以“Laser Fabrication of Graphene-Based Flexible Electronics”为题，综述阐述了激光制备石墨烯基柔性电子器件的最新进展。详细介绍了典型的基于各种石墨烯相关材料的激光制备的柔性电子器件。在石墨烯预处理方法和激光微纳加工技术的快速发展下，石墨烯基电子器件将会得到更快速的发展。  

图2：论文“Laser Fabrication of Graphene-Based Flexible Electronics”   人体是巨大的信息融合体，包括生理电、光、声、生化、机械变形等生理信号，获取这些人体生理信息是实现数字化医疗的基础。冯雪教授团队发表的论文“Flexible Hybrid Electronics for Digital Healthcare”从柔性混合电子技术在材料和结构方法的发展历史出发，总结了柔性混合电子实现的两种主要途径：通过材料的创新，发展本征具有柔性或者可延展的电子功能材料，或引入力学结构的设计。该论文系统地阐述了柔性混合电子器件在柔性生理电器件、柔性光电器在件、柔性声学器件、柔性类皮肤功能器件和柔性生化检测器件等生物医学方面的应用，总结了未来柔性异质电子器件的研究中所要遇到的挑战。  

图3. 用于生理参数监测的柔性混合电子：柔性生理电器件、柔性光电器件、柔性声学器件、柔性类皮肤功能器件和柔性生化检测器件   典型应用包括：图4所示的一种能够在体温驱动下自动攀爬至外周神经束上的三维螺旋形缠绕电极，该电极极大方便了手术操作，降低了对神经束的束缚。为外周神经调控在治疗癫痫，抑郁，心衰，假肢等提供了崭新的思路；图5所示的基于电化学双通道的柔性无创血糖测量器件，通过离子导入的方式改变组织液渗透压，调控血液与组织液渗透和重吸收平衡关系，驱使血管中的葡萄糖按照设计路径主动、定向地渗流到皮肤表面，从而实现血糖的高精度测量。  

图4. 基于柔性混合电子技术的自攀爬三维螺旋电刺激器件  

图5. 基于柔性混合电子技术的柔性无创血糖测量器件

论文“Emerging Self-Emissive Technologies for Flexible Displays”，阐述了柔性显示屏的三种自发射技术的最新进展，包括发射活性材料、器件结构和制造方法、柔性衬底和导电电极以及封装技术。总结了快速的发展使得柔性发光器件效率的提高。对于柔性显示领域的未来发展提出了建议，帮助研究人员对柔性显示的新技术做全面的了解。   论文“Van der Waals Epitaxy of III-Nitride Semiconductors Based on 2D Materials for Flexible Applications”，概述了基于二维材料的III-氮化物不同生长方法的最新进展，着重介绍了范德瓦尔斯外延和转印技术，并讨论了用作释放层的不同类型的2D材料（石墨烯、六角氮化硼和过渡金属二硫化物）的各种尝试。展望了柔性III-氮化物器件发展的未来和挑战。   论文“Mechanically-Guided Structural Designs in Stretchable Inorganic Electronics”，总结了应用于可拉伸无机电子器件的各种结构几何，包括功能器件和柔性衬底的设计，重点介绍了基本原理、设计方法和系统演示。强调了3D可拉伸器件布局的空间集成策略以及阐述了遗留的挑战和未来的机遇。