清華新聞網(wǎng)9月19日電 9月7日，清華大學(xué)柔性電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)室、航院張一慧教授課題組發(fā)表闡述三維柔性電子器件的力學(xué)引導(dǎo)組裝方法的綜述文章。該文章以器件的結(jié)構(gòu)與功能為主線(xiàn)，從力學(xué)組裝原理出發(fā)，系統(tǒng)總結(jié)了面向三維柔性電子器件制造的力學(xué)引導(dǎo)組裝方法，綜述了三維柔性電子器件在生物/醫(yī)療、電磁、能源、光電、機(jī)器人等眾多領(lǐng)域的應(yīng)用，并對(duì)力學(xué)引導(dǎo)三維組裝方法的現(xiàn)有挑戰(zhàn)及發(fā)展方向進(jìn)行了分析與展望。
三維柔性電子器件在生物學(xué)、醫(yī)學(xué)、能源、機(jī)器人、健康監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域具有重要應(yīng)用價(jià)值。力學(xué)引導(dǎo)的三維組裝方法通過(guò)利用先進(jìn)材料及結(jié)構(gòu)力學(xué)原理，將器件構(gòu)型由平面轉(zhuǎn)為三維。該方法具有材料/尺度適用范圍廣、成型后可再變形、可兼容平面加工工藝等優(yōu)勢(shì)，是三維柔性電子器件的核心制造方法之一。
圖1.三維柔性電子器件的力學(xué)引導(dǎo)組裝方法。內(nèi)圈為四種三維組裝方法：彎曲組裝、折疊組裝、共形組裝和屈曲組裝；中圈為器件的結(jié)構(gòu)性功能；外圈為三維柔性電子器件在生物/醫(yī)療、電磁、能源、光電、機(jī)器人等領(lǐng)域的應(yīng)用
該文章基于變形模式的區(qū)別（圖1，內(nèi)圈），將現(xiàn)有的主要力學(xué)引導(dǎo)三維組裝方法分成四大類(lèi)（即卷曲、折疊、共形及屈曲組裝），并分別進(jìn)行了全面總結(jié)。隨后，文章對(duì)三維柔性電子器件的兩個(gè)核心組成部分（即互聯(lián)導(dǎo)線(xiàn)與器件主結(jié)構(gòu)）進(jìn)行了全面回顧?；谏鲜鰞?nèi)容，文章深入分析總結(jié)了三維柔性電子器件所特有的多種結(jié)構(gòu)性功能（即三維集成與空間分辨率、能量收集、三維共形電子界面及自生長(zhǎng)/可重構(gòu)/結(jié)構(gòu)演化）（圖1，中圈和圖2），并回顧了三維柔性電子器件在生物/醫(yī)療、電磁、能源、光電、機(jī)器人等眾多領(lǐng)域的應(yīng)用（圖1，外圈）。最后，文章分析了力學(xué)引導(dǎo)的三維柔性電子器件組裝方法所面臨的挑戰(zhàn)及其未來(lái)發(fā)展方向。
圖2.三維柔性電子器件的結(jié)構(gòu)性功能
張一慧課題組長(zhǎng)期致力于三維微納結(jié)構(gòu)組裝、軟物質(zhì)與柔性結(jié)構(gòu)力學(xué)等領(lǐng)域的研究，提出了利用屈曲力學(xué)實(shí)現(xiàn)三維微結(jié)構(gòu)組裝的原創(chuàng)思想，建立后屈曲分析的雙參數(shù)攝動(dòng)展開(kāi)理論和三維組裝的逆向設(shè)計(jì)方法及實(shí)驗(yàn)技術(shù)，形成了一套適用于各種高性能材料和復(fù)雜幾何拓?fù)涞奈⒔Y(jié)構(gòu)及電子器件三維組裝方法體系。在此基礎(chǔ)上，研制出仿視網(wǎng)膜三維電子細(xì)胞支架、多步態(tài)微型攀爬軟體機(jī)器人、仿風(fēng)傳種子三維微電子飛行器、心臟共形電子器件等多種具有新功能的電子器件及微系統(tǒng)。自2015年以來(lái)，相關(guān)成果發(fā)表于《科學(xué)》《自然》《自然綜述·材料》《自然材料》《自然·電子》《科學(xué)機(jī)器人》《固體力學(xué)與物理雜志》等國(guó)際學(xué)術(shù)期刊。
近日，該文章以“三維柔性電子器件的力學(xué)引導(dǎo)組裝方法”（Mechanically-guided 3D assembly for architected flexible electronics）為題發(fā)表在《化學(xué)評(píng)論》（Chemical Reviews）期刊上。
清華大學(xué)柔性電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)室、航院張一慧教授是該文章的通訊作者。清華大學(xué)航院博士后柏韌恒、2020級(jí)博士生徐世威和2023級(jí)博士生羊佑舟為文章的共同第一作者。本工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金委、新基石科學(xué)基金會(huì)所設(shè)立的科學(xué)探索獎(jiǎng)、清華大學(xué)信息科學(xué)技術(shù)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室、清華大學(xué)國(guó)強(qiáng)研究院基金、中國(guó)博士后科學(xué)基金等的支持。
論文鏈接：
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.chemrev.3c00335
供稿：航院
題圖設(shè)計(jì)：曾儀
編輯：李華山
審核：郭玲
