柔性电子材料与器件领域的建议
李润伟 中国科学院宁波材料技术与工程研究所
黄永安 华中科技大学
单光存 北京航空航天大学
一、国内外发展态势
近些年，柔性电子技术在信息、能源、医疗、制造等领域应用的重要性日益凸显，已成为世界各国竞相发展的前沿技术领域。目前，美国、欧盟、英国、日本等发达国家和联盟都相继制定了柔性电子发展战略，并投入了大量的科研经费，如美国国防部成立了柔性混合电子学制造创新中心（FHEMII）、日本成立了先进印刷电子技术研发联盟、欧盟启动了第七框架计划Flexible Electronics项目群等。此外，康奈尔大学、普林斯顿大学、哈佛大学、西北大学、剑桥大学等国际著名大学也先后建立柔性电子技术研究机构，对柔性电子的材料、工艺集成、器件开发与应用进行大量研究。
在柔性材料方面，美国斯坦福大学的鲍哲南教授深入研究了弹性导电材料PEDOT:PSS的结构改性，制备出高导电性、高弹性、耐形变的导电材料，可用于电子器件的信号获取与传输。
在工艺集成方面，日本东京大学的Takao Someya团队使用静电纺丝技术制备纳米纤维膜，该复合材料具有良好的柔弹性及环境适应性，适用于探测压力、应变、皮肤阻抗等。
在柔性器件开发应用方面，美国西北大学的John A. Rogers团队在集成化多功能柔性传感器领域同样有着丰富经验，开发的可贴敷电子皮肤能实时监测婴儿的呼吸、温度、心跳等生理信号，并能将数据无线传输到外部设备。
与电子产业的其他领域不同，我国柔性电子的基础研究与国际水平基本同步，有望实现“弯道超车”，成为全球柔性电子技术领域的重要引领者。
在柔性材料方面，中国科学院宁波材料技术与工程研究所的李润伟团队对液态金属基关键弹性功能材料的研究取得丰硕成果，实现了数十万次应变循环；北京航空航天大学单光存团队提出了一种利用叉指电极制备基于MXene/PVP的高性能电容式柔性压力传感器的新方法，该方法使得传感器具有高灵敏度、低检测限和宽传输范围。
在工艺集成方面，黄永安教授团队在气动载荷柔性传感技术方面做了许多开创性工作，开发了飞行器柔性电子智能蒙皮，可以将大规模、超薄的多功能柔性传感器集成到飞行器表面。
在柔性器件开发应用方面，中科院苏州纳米技术与纳米仿生研究所张珽研究团队已将柔性微纳传感器及微系统应用在下一代智能人形机器人、人机融合、柔性脑机接口上；中国科学院宁波材料技术与工程研究所的李润伟研究团队在面向可穿戴电子器件的弹性应变传感器、弹性磁传感器的研究成果颇丰，发展了柔弹性导线、弹性应变传感器、数据手套及智能服装等产品，并逐步实现了产业化应用。
二、我们发展中存在的问题
1. 制造和集成技术不成熟：柔性电子器件的制造和集成技术尚需进一步研究和开发，需要新的材料和制造工艺来提升其性能。
2. 先进测试制备装备依赖进口：柔性电子领域的关键材料和技术装备大多依赖进口，导致产业链受制于国外技术和专利封锁。
3. 产业人才短缺：高端创新人才和高技能职业人才的缺乏成为制约柔性电子技术可持续发展的重要瓶颈因素之一。
4. 传统制造模式的瓶颈：传统制造技术已无法满足柔性电子快速发展的需求，成为遏制其进一步发展的瓶颈。
5. 成本高、产量低：柔性电子产品的产业化制造面临规模、成本和质量方面的挑战，尤其是在降低成本和确保产品质量方面存在困难。
6. 接口不稳定性问题：在柔性电子器件的组装中，商用导电胶容易变形、断裂，导致接口不稳定，影响器件的拉伸性和信号质量。
这些问题表明，尽管我国在柔性电子领域已取得一定成果，但仍需在材料研发、技术创新、人才培养等方面加大投入，以推动产业的可持续发展。
三、意见及建议
首先在柔性材料方面，我国处于国际前沿，但柔性材料仍存在鲁棒性、一致性、稳定性差的难题。其关键科学问题在于如何匹配不同杨氏模量的材料，在产生形变及复杂应用环境下能够保持长时间稳定连接和稳定工作的能力。
其次在工艺集成方面，我国已在此领域进行了多域传感和融合感知，但如何高效地处理串扰，并实现数据解耦，成为该领域面临的重要问题。
最后在器件开发应用方面，如何在复杂应用场景下实现快速、稳定高灵敏度感知；如何在同一器件中实现多种感知功能集成；如何实现大面积、批量化、一致性制造，仍是未来亟待解决的问题。
此外，柔性电子学作为我国新的一级交叉学科，仍处于萌芽阶段，建议注重前沿技术的支持力度，构建智能感知器件及系统基础研究人才梯队，与此同时也要重视需求牵引，加大对应用项目的支持力度，以加速实现我国现有柔性电子领域科研成果的产业化落地。
