中國科學(xué)報:如何實(shí)現(xiàn)可任意折疊的柔性屏幕

    “我們目前研制出的柔性蓋板用于電子顯示屏中，可以彎折10萬次以上，用1公斤的鋼絲絨來回摩擦5000次無劃痕，可達(dá)到本征柔性標(biāo)準(zhǔn)，與國際**水平相當(dāng)?！痹跁h間隙，北京大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院教授裴堅舉著一卷透明、輕薄的薄膜材料向與會者介紹。
    近日，香山科學(xué)會議第739次學(xué)術(shù)討論會召開，專家學(xué)者圍繞“本征柔性電子學(xué)的科學(xué)問題和技術(shù)瓶頸前沿”展開研討。專家表示，在本征柔性電子學(xué)領(lǐng)域，我國有一些具有本征柔性的元器件已得到初步印證，但未來規(guī)劃和產(chǎn)業(yè)布局相對匱乏。
    當(dāng)前技術(shù)路線難以滿足未來需求
    隨著曲面顯示器、折疊屏手機(jī)等的問世，柔性電子學(xué)逐漸為人們所熟知。柔性電子具有柔軟、透明、質(zhì)輕、曲面的特性，除了應(yīng)用于顯示行業(yè)外，還可廣泛用于化學(xué)與生物傳感器、柔性電池、可穿戴設(shè)備等多個領(lǐng)域。
    從技術(shù)上講，當(dāng)下柔性電子產(chǎn)品的實(shí)現(xiàn)主要依靠物理柔性、結(jié)構(gòu)柔性兩種路線，即減薄技術(shù)和鉸鏈技術(shù)。
    “從物理路線來說，任何剛性物質(zhì)如果變得很薄、很細(xì)，都能展示柔性，如曲面屏。”中國科學(xué)院院士、中國科學(xué)院化學(xué)研究所研究員劉云圻介紹，“芯片是剛性的，如果芯片的連線具有分形結(jié)構(gòu)或彈簧結(jié)構(gòu)，則在宏觀上具有柔性，如折疊屏。”
    隨著多元信息交互及物聯(lián)網(wǎng)時代的到來，消費(fèi)應(yīng)用市場對顯示器件形態(tài)、特性呈現(xiàn)出多樣化需求。據(jù)英國市場調(diào)研公司IDTechEx預(yù)測，到2027年，柔性電子產(chǎn)品整體市場將達(dá)到700億美元。
    “目前，柔性電子產(chǎn)品讓人們的生活更加便利、舒適，未來我們希望為人們服務(wù)的電子產(chǎn)品可以無感貼附、卷曲半徑更大、任意折疊，真正實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互、無處不在?！敝袊茖W(xué)院化學(xué)研究所副研究員趙志遠(yuǎn)介紹。
    “然而，依靠目前的減薄技術(shù)和鉸鏈技術(shù)，顯示面板等電子產(chǎn)品受尺寸和形狀限制，無法滿足大多領(lǐng)域?qū)θ嵝噪娮赢a(chǎn)品的需求。”趙志遠(yuǎn)對《中國科學(xué)報》說。
    本征柔性電子學(xué)面臨挑戰(zhàn)
    2022年，劉云圻在發(fā)表于《國家科學(xué)評論》的論文中提出了“本征柔性電子”這一概念，即形態(tài)上具有高彈性形變和較小曲率半徑（小于0.5毫米），同時具有較好可拉伸性（大于25%）的材料或器件。
    他認(rèn)為，本征柔性電子學(xué)研究有助于突破傳統(tǒng)電子的應(yīng)用限制，在智能仿生、柔性皮膚、可穿戴設(shè)備、隱身技術(shù)等領(lǐng)域產(chǎn)生新的效果，同時有利于深度融合多領(lǐng)域前沿技術(shù)，**信息科技、健康醫(yī)療、可再生能源等的發(fā)展，是未來柔性電子技術(shù)的發(fā)展方向。
    劉云圻指出，在國際上，歐盟、美國、韓國和日本等都通過材料研究規(guī)劃和產(chǎn)業(yè)項目布局等措施，將柔性可拉伸的電子、顯示以及傳感等技術(shù)列為未來發(fā)展的優(yōu)先領(lǐng)域。我國的研究與國際同步，一些具有本征柔性的發(fā)光二極管、晶體管及傳感器等元器件已得到初步印證，但未來規(guī)劃和產(chǎn)業(yè)布局相對匱乏，目前至少存在5個急需突破的挑戰(zhàn)。
    在本征柔性電子材料方面，需要進(jìn)一步提高材料性能，在保證柔性和拉伸特性的同時有較高的發(fā)光效率、傳感性能等。
    “以顯示屏為例，成為本征柔性屏意味著其蓋板材料、晶體管驅(qū)動電路、像素點(diǎn)、集成電路、基板等均達(dá)到本征柔性的標(biāo)準(zhǔn)，這對半導(dǎo)體材料、電極材料、介電材料等都提出了極高的要求?！壁w志遠(yuǎn)解釋說。
    “而在柔性電路系統(tǒng)方面，如何實(shí)現(xiàn)復(fù)雜生物信號探測與模擬，使其能應(yīng)用于不同場景中？如何保證大面積、穩(wěn)定性與批量制備？如何實(shí)現(xiàn)微米級分辨率？這些都有待研究?！眲⒃欺哒f。
    此外，在柔性電子單元器件、柔性電子加工技術(shù)、柔性電子理論基礎(chǔ)方面，也存在著許多技術(shù)瓶頸。
    劉云圻認(rèn)為，這些科學(xué)問題和技術(shù)瓶頸將是本征柔性電子學(xué)前沿領(lǐng)域的重點(diǎn)方向，未來應(yīng)從這些方面進(jìn)行研發(fā)布局。