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SS论文快讯
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Hongyang Wang#, Hao Wu#, Dong Ye*, Chenyang Zhao, Qingshuang Wu, Sen Wang, Zhiwei Zhang, Mingtao Zeng, Hanghang Wei, YongAn Huang*
作者：王洪扬，吴昊
机构：华中科技大学机械科学与工程学院、智能制造装备与技术全国重点实验室
全文链接：
https://www.oaepublish.com/articles/ss.2024.53
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导读
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图片摘要
图1. 微圆周和纤维状电子器件的制造方法和应用。
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文章简介
微圆周电子器件的基底材料主要包括刚性、柔性、可拉伸和天然纤维材料，每种材料均具有独特的优势和适用场景。例如，刚性基底材料（如不锈钢针和聚酰亚胺棒）因其稳定的机械性能，适用于需要精确定位的应用，如手术工具。柔性和可拉伸基底材料则因其优异的变形能力和良好的生物相容性，广泛应用于可穿戴设备和植入式医疗器件。天然纤维材料因其出色的生物相容性和环境可持续性，越来越受到关注。本文分析了这些材料在机械性能、电气特性和环境适应性方面的差异，探讨了它们如何影响微圆周电子器件的性能及应用。
微圆周电子器件的共形制造技术主要包括增材、减材和等材制造技术。增材制造技术（如共形喷印、化学涂覆等）通过逐层堆叠材料构建纤维表面的三维功能结构；减材制造技术（如旋转光刻和激光加工等）则通过精细去除材料来实现所需结构；等材制造技术（如转印和纳米压印等）侧重于将预制形状或结构转移到微圆周基底上。不同制造工艺的选择直接影响电子器件的定位精度和功能特性，在制造精度、材料兼容性和成本效率之间需要做出合理的权衡，以优化器件的整体性能。
微圆周或纤维状电子器件在可穿戴电子、生物医疗和环境监测等领域具有广泛应用。在健康监测方面，纤维表面传感器能够实时监测如心率、血氧和体温等生理健康参数；在环境监测领域，高灵敏度的光纤传感器可用于实时检测气体浓度、湿度等环境参数。此外，微圆周传感器在手术机器人中的应用，有助于提高手术的精确性和安全性。在植入式电子领域，由于其小型化和优异的生物相容性，微圆周电子器件成为诊断和治疗神经系统疾病的重要工具，微圆周磁共振成像（MRI）标记技术则为手术提供实时成像和定位支持。
图3. 微圆周电子器件的共形喷印制造方法。喷墨打印作为一种典型的非接触式增材制造技术，能够在高曲率表面上制造精确的图案结构。该技术通过控制喷嘴与基底之间的相对运动路径，实现墨水的精准沉积。喷墨打印技术主要包括挤出式打印、气溶胶喷射打印、电流体（EHD）喷印和电纺丝四种类型。挤出式打印是最常用的方法，通过基底旋转装置实现微圆周表面的打印。气溶胶喷射打印利用气溶胶微滴的喷射提高打印分辨率，已成功应用于导管表面的柔性传感器制造。EHD打印和电纺丝技术通过高压电场将油墨拉出喷嘴，形成亚微米级的喷射，从而提高沉积分辨率。以上技术通过基底旋转设备，使传统印刷方法能够适应高曲率微圆周表面，进而提高喷嘴与基底之间的定位精度，成功实现高精度图案结构的制造。
图4. 纤维状力学传感器在可穿戴电子领域的典型应用。纤维状力学传感器，包括应变传感器和压力传感器，能够将机械变形转换为电信号，在可穿戴电子设备中得到广泛应用，特别是在人体健康监测和运动状态检测方面。这些传感器因其快速响应、宽广的检测范围和良好的顺应性而备受关注，并可集成至可穿戴织物中。
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结论与展望
微圆周或纤维状电子器件正逐渐成为电子领域的重要发展方向。随着材料与制造技术的不断进步，未来这些器件将在更高精度、更低成本、更强材料兼容性以及更高制造效率等方面取得突破。通过优化柔性电子材料和生物相容性材料，有望进一步提升器件的柔性、轻量化、生物相容性及长期稳定性。此外，随着物联网和人工智能技术的迅速发展，微圆周电子器件将具备实时监测、数据处理与智能反馈等综合功能，从而提升用户体验。通过多学科的交叉融合，微圆周电子器件的发展将持续推动技术创新，为智慧医疗、环境监测等领域的复杂问题提供更智能的解决方案。
通讯作者
叶冬
副教授
华中科技大学
叶冬，华中科技大学副教授，在智能制造装备与技术全国重点实验室开展前沿科研工作，主要从事多功能电磁超材料/机器人电子皮肤等复杂曲面电子器件制造与应用、等离子体增减材制造工艺技术等方面研究。目前已在 PNAS、Nano Letters、Applied Physics Letter、Small、Materials Today Physics、Nanoscale 等期刊发表 SCI 论文四十余篇，受理/授权国家发明专利三十余项。
黄永安
教授
华中科技大学
黄永安，华中科技大学教授，智能制造装备与技术全国重点实验室副主任；国家杰出青年科学基金获得者，国家重点研发项目首席科学家，腾讯“科学探索奖”获得者；湖北省“柔性电子制造创新群体负责人”、华中科技大学“柔性电子制造团队带头人”和“ChinaMaker创新团队创始人”。致力于新兴柔性电子技术研究，包括：柔性电子器件与系统（飞行器智能蒙皮、机器人电子皮肤、柔性超材料电子、柔性传感等）和柔性电子制造与装备（纳米喷印制造、激光加工、曲面电子制造等）。发表SCI论文近200篇，出版著作4部，获得授权国家发明专利100余项，美国专利4项；获得湖北省自然科学一等奖、湖北省技术发明一等奖、瑞士日内瓦国际发明金奖/特别金奖。
基金支持
本研究得到了国家重点研发计划（2021YFB3200703）、国家自然科学基金（52175537、52188102）的资助和支持。
引用此文
Wang, H.; Wu, H.; Ye, D.; Zhao, C.; Wu, Q.; Wang, S.; Zhang, Z.; Zeng, M.; Wei, H.; Huang, Y. A. Micro-cylindrical/fibric electronic devices: materials, fabrication, health and environmental monitoring. Soft Sci. 2024, 4, 41. http://dx.doi.org/10.20517/ss.2024.53
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特刊征稿
该文章归于Prof. Carlo Massaroni (Università Campus Bio-Medico di Roma) 为 SS 组织的热点特刊 “Flexible Sensors for Health and Environmental Monitoring” 中。本期特刊旨在汇集柔性电子领域的最新突破，包括新材料、制造策略和特性，强调基于不同材料设计的柔性传感器在个性化健康监测系统、植入式和药物输送生物医学设备以及环境监测（包括但不不限于污染物、湿度和温度）中的各种应用。目前该特刊已出版一篇综述文章，一篇研论文，欢迎相关领域学者关注、投稿！
特刊网站：
https://www.oaepublish.com/specials/ss.1969
截止日期：2025年4月30日
在线投稿请扫码：
Soft Science (https://softscijournal.com) 是一本金色开放获取，严格同行评议的国际学术期刊。它专注于机械软性、可变形、可展开的材料、设备、系统领域，目标是成为该领域具有高影响力的旗舰期刊。Soft Science 由OAE出版公司主导创办，华中科技大学黄永安教授担任主编。期刊自上线以来，已出版13期文章，总计发表论文110余篇，目前已被ESCI, Scopus, CAS, Lens, Dimensions, CNKI等数据库收录，欢迎大家关注！
点击下载期刊文章合集→：SS文章分类合集.pdf
主编Editor-in-Chief
黄永安
华中科技大学机械科学与工程学院教授，智能制造装备与技术全国重点实验室副主任；国家杰出青年科学基金获得者，国家重点研发项目首席科学家，腾讯“科学探索奖”获得者；湖北省“柔性电子制造创新群体负责人”、华中科技大学“柔性电子制造团队带头人”和“ChinaMaker创新团队创始人”；建立了先进的柔性电子制造实验室。
副主编 Associate Editors
陈俊
加州大学洛杉矶分校生物工程系
UCLA终身教职，曾获ACS Nano Rising Stars Lectureship Award, Advanced Materials Rising Star, UCLA Innovation Fellows等多个奖项，全球高被引科学家。
谷国迎
上海交通大学机械与动力工程学院
上海交通大学人力资源处处长、党委教师工作部部长，国家杰出青年基金获得者，德国洪堡学者，腾讯科学探索奖获得者，上海市机器人学会秘书长等。
顾军渭
西北工业大学化学与化学工程学院
化学与化学工程学院院长，国家级领军人才，英国皇家化学会、英国皇家航空学会、英国材料、矿物与矿业学会Fellow，中国复合材料学会副秘书长、导热复合材料专委会常务副主任、青年工作委员会副主任委员。
麦立强
武汉理工大学材料科学与工程学院
武汉理工大学党委常委、副校长，材料学科首席教授，国家级高层次人才，俄罗斯工程院外籍院士，中国化学会会士，中国微米纳米技术学会会士，英国皇家化学会会士。
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