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干貨 | 柔性電子常用材料及應用領域!

發布日期:2022/01/03


柔性電子顯示屏是在柔性電子技術平臺上開發的全新產品。 它是一種由柔軟材料制成的可變且可彎曲的顯示設備。 目前柔性顯示方式(電子紙技術、LCD、OLED等)可以在柔性基板上制作的顯示設備上實現,如折疊手機、可寫電子書、U盤容量顯示等。

柔性電子是一種將無機/有機器件連接到柔性基板上以形成電路的技術。 與傳統的硅電子相比,柔性電子是指可以彎曲、折疊、扭曲、壓縮、拉伸甚至變形為任何形狀但仍保持高效光電性能、可靠性和集成度的薄膜電子器件。  

 

 美國、日本、韓國等國家戰略布局柔性電子項目,在高精密領域將長期保持高速增長趨勢。 這也是我國應努力抓住的歷史機遇。  

 

 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、透明、 靈活和可拉伸。 絕緣性和耐腐蝕性等性能已成為柔性基板的關鍵指標。  

常見的柔性材料有:聚乙烯醇(PVA)、聚酯(PET)、聚酰亞胺(PI)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、紙張、紡織材料等。 

 

 聚酰亞胺材料具有 具有耐高溫、耐低溫、耐化學藥品和良好的電氣性能等優點。 它是柔性電子產品最具潛力的材料。 僅在柔性基板的選擇上,除了耐高溫特性外,柔性基板的透光率、表面粗糙度和材料成本都是選擇時必須考慮的因素。  

 

 聚二甲基硅氧烷 (PDMS) 也是一種廣泛認可的柔性材料。 其優點包括方便易得、化學性質穩定、透明和良好的熱穩定性。 尤其是在紫外光下,粘附和不粘附的區別特性使表面容易粘附電子材料。  

 

 PET雖然轉化溫度低,在70~80°C之間,但價格便宜,透光性好。 它是一種極具成本效益的透明導電薄膜材料。  

 

2金屬材料 

 

 金屬材料一般是金、銀、銅等導電材料,主要用于電極和導線。 對于現代印刷工藝,導電納米油墨主要用作導電材料,包括納米顆粒和納米線。 除了良好的導電性外,金屬納米顆粒還可以燒結成薄膜或導線。  

 

3有機材料

 

大規模壓力傳感器陣列對于未來可穿戴傳感器的發展非常重要。 基于壓阻電容信號機制的壓力傳感器存在信號串擾,導致測量不準確。 這個問題已經成為發展的問題。佩戴傳感器的最大挑戰之一。  

 

 由于晶體管完美的信號轉換和放大性能,晶體管的使用使得減少信號串擾成為可能。 因此,可穿戴傳感器和人工智能領域的大量研究都集中在如何獲得大規模柔性壓敏晶體管上。  

 

 場效應晶體管研究中傳統使用的p型高分子材料主要是噻吩聚合物,最成功的例子是聚(3-己基噻吩)(P3HT)體系。 萘四亞胺和苝四亞胺表現出良好的n型場效應性能,是研究最廣泛的n型半導體材料,廣泛應用于小分子n型場效應晶體管。  

 

4無機半導體材料 

 

 以ZnO、ZnS為代表的無機半導體材料在可穿戴柔性電子傳感器領域展現出優異的壓電性能。 應用前景廣闊。  

 

 例如,已經開發出一種基于將機械能直接轉換為光信號的柔性壓力傳感器。 該基質利用了 ZnS:Mn 顆粒的光致發光特性。  

 

 荔枝發光的核心是壓電效應引起的光子發射。  

 

壓電ZnS的電子能帶在壓力作用下發生傾斜,可以促進錳離子的激發,隨后的去激發過程發出黃光。  

 

5

 

 碳材料 

 

 柔性可穿戴電子傳感器中常用的碳材料包括碳納米管和石墨烯。 碳納米管具有結晶度高、導電性好、比表面積大、微孔尺寸可通過合成過程控制等特點,比表面利用率可達100%。  

石墨烯具有輕、薄、透明、導電導熱性好的特點。 在傳感技術、移動通信、信息技術和電動汽車等領域具有極其重要和廣闊的應用前景;  

 在碳納米管的應用中,使用了多臂碳納米管和銀復合材料,通過印刷這種方式得到的導電聚合物傳感器在140%拉伸下的電導率仍然高達20S/cm。  

 

 當碳納米管和石墨烯結合使用時,可以制備高度拉伸的透明場效應晶體管。 它將石墨烯/單壁碳納米管電極和單壁碳納米管網格通道與波紋狀無機介電層結合在一起。 由于波紋氧化鋁介電層,超過一千在20%幅度的舒張舒張循環下漏電流沒有變化,顯示出良好的可持續性。  

 

柔性電子應用領域

 

1

 

柔性電子顯示屏

 

柔性電子顯示屏是在柔性電子技術平臺上開發的全新產品。 由柔軟材料制成,可變且可彎曲的顯示設備。 目前柔性顯示方式(電子紙技術、LCD、OLED等)可以在柔性基板上制作的顯示設備上實現,如折疊手機、可寫電子書、U盤容量顯示等。 

  2柔性儲能 

 

 柔性儲能是由有機/無機材料電子器件在柔性/延展性塑料或薄金屬基板上制成 /延展性和高效低成本制造技術,互聯網上新興的儲能技術在信息、能源、醫療、國防等領域具有廣闊的應用前景。 已成功應用于柔性電子顯示器和有機發光二極管。  OLED、印刷RFID、薄膜太陽能電池板、電子產品表面粘合等。 

 

 例如,三星制造的可折疊210 mAh/小時電池用于可穿戴設備。 電池本身的厚度可以達到0.3毫米厚,可以用于人體。 手腕折彎50000次,沒有任何故障。  

 

3柔性醫療電子 

 

 柔性醫療電子的基本特征是將各種電子元件集成在柔性基板上,形成皮膚狀的柔性電路板。 像皮膚一樣,它具有很高的柔韌性和彈性。  

 

 

 

 柔性醫療電子可以長時間與人體組織自然融合,可以準確測量體溫、呼吸、血壓、心電圖等醫療指標,并提供 大數據醫療實時基礎數據。  

 

4柔性印刷電路板 

 

柔性印刷電路板(FPC)是一種以聚酰亞胺或聚酯薄膜為基材的具有高可靠性、優良的柔性印刷電路板。 具有布線密度高、重量輕、厚度薄、彎曲性好等特點,完美契合輕、薄、小型化的發展主題。  

 FPC產業以日美韓為主。 近年來,生產成本的增加促使FPC行業逐漸轉移重心。到國內。  FPC位于電子產業鏈的中上游。 其直接原材料上游為柔性覆銅板FCCL,下游為終端消費電子產品。  

 

 目前,日資企業在產業鏈上游占據領先地位,具有先發優勢。 他們在中國起步較晚,實力相對較弱。  

 

 近年來,柔性電子市場發展迅速,已成為一些國家的支柱產業,在信息、能源、醫療、國防等領域有著廣闊的應用前景

 


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