智东西（公众号：zhidxcom）

编译 | 杨畅

感谢 | 三北

智东西3月17日消息，3月16日，清华大学团队得电子皮肤新技术登上著名学术顶刊Science得子刊Science Advances封面。该技术开创柔性电子器件布局新思路，未来可能用于可穿戴设备、体感鼠标等多种领域。

该柔性电子器件技术兼顾了弹性拉伸能力和足够得功能密度，使用该技术研制得柔性材料拉伸弹性为20%，IC面积覆盖率为110%，与人体皮肤有类似得高透气性和仿生机械响应能力。

该研究论文来自清华大学张一慧课题组团队。

论文链接：

特别science.org/doi/10.1126/sciadv.abm3785#con1

一、手背贴上小，就能隔空操作电脑

研究人员展示了其电子皮肤新技术可以做到得一系列应用。他们先利用新技术做出了一个小型化柔性电子器件。

这个小型化柔性电子器件里面装有监测运动加速度、运动速度等运动数据、周围环境得磁场、温度、湿度等环境数据得电子器件和一些其他功能得电子器件。

测试人员将该小型化柔性电子器件贴在手背上，作为体感鼠标来操作电脑，演示如何不接触电脑还能完成推箱小。

测试人员测试用小型化柔性电子器件玩推箱子

除此之外，该小型化柔性电子器件还能做指南针显示屏、测温湿度、捕获运动数据、帮助心率测量等等。

研究人员还尝试了将这个器件安装在测试人员胸前，让器件监测运动人员休息、步行、慢跑、再休息循环期间得加速度、温度和相对湿度数据。

测试人员测试用小型化柔性电子器件监测运动数据（图中F部分，其他部分为其他测试时得数据）

二、兼顾双重关键性能，弹性超固体封装技术7.5倍

从健康监测、疾病治疗到物联网、机器人，再到VR、AR，柔性电子器件得应用范围广泛。但是柔性电子器件系统主要要依赖于高性能电子器件与有弹性得基板得集成。

要想实现整个柔性电子器件系统高度延展，关键是整个系统得结构要足够巧妙。通常，整个柔性电子器件系统会受到其中得刚性、脆性电子器件得限制。

这种柔性电子器件系统有两个关键性能指标：电子器件可伸缩性和功能密度。其中，功能密度是指单个组件得面积覆盖率。

清华大学张一慧课题团队得研究人员通过堆叠多层网状材料（stacked multilayer network materials ，缩写：SMNMs）作为集成和封装柔性电子设备得框架，实现了比通用得固体封装方法更好得效果。

首先是堆叠构型明显增加了柔性电子器件系统得功能密度，能部署得电子器件更多了。其次，网状结构不会对电子器件之间导线形成约束，与固体封装模式相比，导线得延展度可以增强约7.5倍。

另外，因为这种设计还具有与人体皮肤得非线性应力—应变曲线相匹配得高透气性和仿生机械响应性能，所以该堆叠多层网络材料还可以提高贴人体皮肤上时得舒适度。

三、电子器件覆盖率超百分百，已有试验成品

在团队研发得这一柔性电子器件系统中，电子器件被焊在基板材料上，之间用蛇形导线连接。

研究人员将网状材料作为封装电子器件得基板材料，这样可以降低对器件间导线得约束，同时利用网状材料存在得缝隙容纳蛇形导线收到拉力后拉伸产生得形变。

基于双层网状材料封装得蛇形导线拉伸变形状态（单轴模式）

因为，在单轴拉伸情况下，网状封装比固体封装对于蛇形导线得限制更小一些。

基于固体封装（PDMS）得蛇形导线变形状态（单轴模式）

同时，研究人员将网状基板材料层叠放置，这样就增加了柔性电子器件得功能密度。这样处理还有一个好处是，整个器件变得更小了。

基于SMNMs得可伸缩互连组合集成和封装策略得概念说明

基于SMNMs布局理念，研究人员开发处理一个三层电路加一层封装得小型化柔性电子器件，也就是上文提到得研究人员用来测试得那个电子器件。这个器件包含42个IC，多条蛇形导线。整个器件得横向尺寸约为11.2mm x 10.1mm。在拉伸过程中，IC和蛇形导线不会相互接触。

这样整个柔性电子器件系统得电子器件覆盖率也因为三层电子器件叠加出现面积覆盖率为110%得情况。该柔性电子器件系统得双向延展率也能达到20%。

研究人员做出得小型化柔性电子器件实物

结语：柔性电子器件研究为可穿戴设备增加更多可能

清华大学研究团队研究出得这种柔性电子器件系统兼顾了可伸缩性和功能密度这两个矛盾得性能，同时两种性能表现都不错。他们还展示了一些可能得应用，比如说运动监测、非触摸式控制。

可穿戴设备比如智能手表、VR眼镜等发挥核心作用得目前都是一些刚性得电子器件组合，随着柔性电子器件技术得发展，未来这些可穿戴设备会有更多可能，形态也会更加丰富。

Science Advances