折疊屏手機(jī)已上市，柔性芯片也來(lái)了。盡管如此，在以“硬質(zhì)”為主導(dǎo)的電子世界里，柔性電子技術(shù)才剛剛起步。

日前，第二屆柔性電子國(guó)際學(xué)術(shù)大會(huì)(ICFE 2019)在杭州舉行。記者采訪(fǎng)了解到，方興未艾的柔性電子技術(shù)，要實(shí)現(xiàn)與現(xiàn)有電子系統(tǒng)“剛?cè)岵?jì)”，還需要突破不少挑戰(zhàn)。

力學(xué)與封裝是兩大難題

柔性屏幕、柔性芯片、柔性電極只是柔性電子技術(shù)的冰山一角。實(shí)際上，信息技術(shù)所涉及的傳感、信息傳輸、信息處理、能源存儲(chǔ)等多種環(huán)節(jié)都有望實(shí)現(xiàn)柔性化。

據(jù)介紹，柔性電子概念最早可追溯至對(duì)有機(jī)電子學(xué)的研究，大約起步于上世紀(jì)60年代，當(dāng)時(shí)科研人員試圖用有機(jī)半導(dǎo)體替代硅等無(wú)機(jī)半導(dǎo)體，從而使有機(jī)電子器件具備柔性特點(diǎn)。不難想象，作為一個(gè)新興領(lǐng)域，目前柔性電子技術(shù)的研發(fā)過(guò)程仍充滿(mǎn)重重挑戰(zhàn)。

清華大學(xué)材料學(xué)院副院長(zhǎng)認(rèn)為，整體而言，目前柔性電子技術(shù)主要面臨兩個(gè)挑戰(zhàn)。“第一個(gè)挑戰(zhàn)是力學(xué)問(wèn)題，柔性電子元器件在反復(fù)折疊、彎曲時(shí)會(huì)不斷承受交變應(yīng)力，時(shí)間久了容易開(kāi)裂、出問(wèn)題，目前主要通過(guò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)克服這個(gè)問(wèn)題。”他說(shuō)，第二個(gè)挑戰(zhàn)是電子封裝問(wèn)題，就是把在柔性基板上集成的部件嚴(yán)絲合縫地封裝在一起，并實(shí)現(xiàn)預(yù)期功能。

二維材料或是未來(lái)選擇之一

在柔性電子器件的材料選擇上，科研人員也在不斷摸索。因?yàn)楣柙谀壳?a target="_blank">半導(dǎo)體材料中占主導(dǎo)地位，把硅基片柔性化，可以說(shuō)是實(shí)現(xiàn)柔性電子系統(tǒng)的“捷徑”。

不過(guò)，受摩爾定律制約，硅基半導(dǎo)體的性能幾乎發(fā)揮到淋漓盡致，逐漸接近天花板。對(duì)于柔性電子領(lǐng)域而言，探索新的適用于不同應(yīng)用場(chǎng)景的柔性材料，也變得迫切起來(lái)。

目前，國(guó)際上對(duì)柔性電子材料的選擇主要有兩種思路。一種思路是從傳統(tǒng)的無(wú)機(jī)材料轉(zhuǎn)向有機(jī)材料，比如將高分子材料、有機(jī)半導(dǎo)體用于柔性電子材料。另一種思路是將有機(jī)材料和無(wú)機(jī)材料相結(jié)合，使用所謂的混合材料來(lái)研發(fā)柔性電子技術(shù)。

自石墨烯被制備出來(lái)后，由單層原子構(gòu)成的錫烯、二硫化鉬和黑磷等二維材料受到半導(dǎo)體行業(yè)關(guān)注，二維材料的相關(guān)研究也將有益于柔性電子技術(shù)發(fā)展。

很多二維材料已經(jīng)表現(xiàn)出比傳統(tǒng)硅材料更加優(yōu)越的性能，比如更高的電荷遷移率，更小的功耗等等。研究基于二維材料的柔性電子元器件，可能是未來(lái)的發(fā)展方向之一。