中国科学: 物理学 力学 天文学
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中国科学: 物理学 力学 天文学 (中国科学G辑)
2016年 46卷 4期
发布日期:2016-03-18

本期出版了可延展柔性光子/电子集成器件专辑, 封面图片展示了可延展柔性电子集成器件的结构设计及其弯曲变形行为. 在柔性聚合物衬底上设计制备出具有可拉伸性能的集成器件, 并在拉、弯、扭等大变形条件下保持稳定的信号传输功能. 可延展柔性光子/电子器件混合集成不同功能单元, 与人体自然共型贴附, 可实现对人体温度、脉搏、呼吸、血氧等生理参数的监测, 为疾病诊断治疗及健康管理提供了新的途径, 并极大拓展了传统集成器件的界限(详见黄银等人文: 044607).


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面向柔性电子的形状记忆聚合物
郑宁, 黄银, 赵骞, 冯雪, 谢涛
中国科学: 物理学 力学 天文学, 2016, 46(4): 044602
柔性光学超材料和等离子激元的发展和应用
高丽, 陆炳卫, 徐航勋
中国科学: 物理学 力学 天文学, 2016, 46(4): 044604
可延展柔性光子/电子集成器件及转印技术
黄银, 李海成, 陈颖, 蔡世生, 张迎超, 陆炳卫, 冯雪
中国科学: 物理学 力学 天文学, 2016, 46(4): 044607
基于银纳米线柔性可延展电路的印刷制备
袁伟, 林剑, 顾唯兵, 梁紫微, 崔铮
中国科学: 物理学 力学 天文学, 2016, 46(4): 044611
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  中国科学: 物理学 力学 天文学--2016, 46(4)   发布日期: 2016-03-18
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可延展柔性光子/电子集成器件专辑

编者按

冯雪
中国科学: 物理学 力学 天文学, 2016, 46(4): 044601 | doi: 10.1360/SSPMA2016-00108
全文 : PDF (243KB)
摘要
可延展柔性光子/电子集成器件专辑

面向柔性电子的形状记忆聚合物 Hot!

郑宁, 黄银, 赵骞, 冯雪, 谢涛
中国科学: 物理学 力学 天文学, 2016, 46(4): 044602 | doi: 10.1360/SSPMA2015-00549
全文 : PDF (3378KB)
摘要

与传统电子器件的刚性相比,柔性电子器件可弯曲、可延展,在诸如可穿戴设备等应用中显示出不可比拟的优势.现有柔性电子器件通常基于宏观平面设计,限制了其发展.形状记忆聚合物作为一类智能材料,具有形状可控、模量可调等特点,在电子器件方面受到了越来越广泛的关注.将形状记忆聚合物引入柔性电子器件,不仅可以更好地调节柔性电子器件的物理性能,还能使器件具有复杂的宏观三维立体结构,从而显示出更强大的功能.此外,形状记忆聚合物在柔性器件的制备上可以起到独特的作用.本文综述了形状记忆聚合物作为柔性电子基体材料和转印图章的发展过程及研究进展,并对该领域的未来发展方向进行展望.

PACS: 42.82.Cr;61.82.Pv;62.20.Fe;68.35.Np;73.61.Ph
可延展柔性光子/电子集成器件专辑

电纺纤维器件研究进展

段永青, 丁亚江, 江海霞, 刘建鹏, 黄永安
中国科学: 物理学 力学 天文学, 2016, 46(4): 044603 | doi: 10.1360/SSPMA2015-00545
全文 : PDF (4527KB)
摘要

电纺纤维具有长径比大、柔韧性强、均一性高、纤维形貌可控、制造成本低和效率高等优势,在柔性纤维电子器件领域占有重要地位.本文首先介绍了电纺工艺的最新发展,包括阵列化及特殊喷嘴结构设计以提高电纺效率或制备特殊结构,溶液及工艺参数调控以沉积不同形貌纤维,纤维的组装与定位历程以实现微纳纤维的可控直写等,其次综述了基于电纺技术的纤维器件的最新研究进展,包括柔性传感器、超级电容、锂离子电池、染料敏化太阳能电池、场效应晶体管和有机发光二极管等,最后对该领域所面临挑战及未来发展方向进行了展望.

PACS: 42.82.Cr;61.82.Pv;81.07.Gf;87.85.fk
可延展柔性光子/电子集成器件专辑

柔性光学超材料和等离子激元的发展和应用 Hot!

高丽, 陆炳卫, 徐航勋
中国科学: 物理学 力学 天文学, 2016, 46(4): 044604 | doi: 10.1360/SSPMA2015-00544
全文 : PDF (5275KB)
摘要

赋予光学超材料和等离子激元器件弯折、拉伸和卷曲的特性可以开启对电磁波进行调控的新篇章,并实现新颖的器件设计和强大的功能性,例如隐身装置、超级棱镜和变换光学等.本文综述了近年来从微波到可见光不同波段产生响应的柔性光学超材料和等离子激元器件的发展和应用,包括光学结构设计、柔性基底的力学和光学性质、及与其匹配的微纳加工技术.除传统的光刻、电子束曝光、纳米粒子自组装技术外,本文还介绍了新型的纳米掩膜板和纳米压印转移技术.其中,新型低成本的适用于大面积纳米光学结构的纳米压印转移技术具有较大应用前景.文章还将讨论应力作用对不同光子器件产生的性质调控以及实现的滤波器,拉曼信号增强和传感器等方面的应用.

PACS: 42.82.Cr;78.20.Ci;73.20.Mf;81.16.Nd;85.40.Hp
可延展柔性光子/电子集成器件专辑

瞬态电子器件研究最新进展

张颖, 陆炳卫, 徐航勋, 冯雪
中国科学: 物理学 力学 天文学, 2016, 46(4): 044605 | doi: 10.1360/SSPMA2015-00550
全文 : PDF (4450KB)
摘要

瞬态电子器件是指当所制备的电子功能器件在完成指定功能后,其物理形态和功能可以在外界刺激触发下立即发生部分消失或者完全消失的一种新兴电子器件.传统意义上的电子器件通常非常稳定,甚至需要在极端环境下能够正常工作,但正是这种稳定性使得当前淘汰或者损毁的电子器件成为污染环境的主要源头之一.相反,具有可降解功能并能够在外界特定刺激作用下发生即时降解的瞬态电子概念的提出很好地解决了这个难题.同时,瞬态电子具有可以补充传统集成电路的能力,并将应用领域扩展至植入式可降解医疗电子器件、安全电子器件、可消失环境传感器和零废物消费电子器件中.本文综述了近几年瞬态电子器件的兴起和发展,阐述了以瞬态技术为基础的各类电子器件的潜在应用.

PACS: 81.16.-c;81.20.-n;82.35.Pq;87.15.-v;87.85.-d
可延展柔性光子/电子集成器件专辑

基于碳纳米材料的柔性薄膜器件研究

黄振龙, 张尚杰, 潘泰松, 颜卓程, 廖非易, 高敏, 张虎林, 张胤, 林媛
中国科学: 物理学 力学 天文学, 2016, 46(4): 044606 | doi: 10.1360/SSPMA2015-00546
全文 : PDF (3597KB)
摘要

近年来,可穿戴或贴合式的传感器在实时生理监测、特殊环境信号检测等领域的需求日益凸显,柔性传感器成为当前研究的热点.碳纳米管(CNT),由于其独特的电学和力学性能,在新型电子器件的发展中扮演着越来越重要的角色.本文介绍了几类典型的基于碳纳米管的柔性红外传感器和微压力传感器.在柔性红外传感器的研制中,利用碳纳米管与SiO2的界面以及不同掺杂的CNT形成的p-n结,设计和制备了两种不同类型的高灵敏度柔性红外传感器,实验结果证明界面载流子行为对传感器的响应速度有重要的影响.另一方面,利用碳纳米管的优秀导电性,设计和制备了两种力传感器.通过银纳米颗粒修饰的碳纳米管制备的柔性拉力传感器,兼具高拉伸度和高灵敏度,具有优秀的应变系数.此外,利用碳纳米管和三棱锥的微结构制备了响应灵敏的微压力传感器,具有优秀的响应幅度与响应速度.

PACS: 81.07.De;42.79.Pw;73.20.-r
可延展柔性光子/电子集成器件专辑

可延展柔性光子/电子集成器件及转印技术 Hot!

黄银, 李海成, 陈颖, 蔡世生, 张迎超, 陆炳卫, 冯雪
中国科学: 物理学 力学 天文学, 2016, 46(4): 044607 | doi: 10.1360/SSPMA2016-00004
全文 : PDF (7081KB)
摘要

基于无机半导体材料的光子/电子集成器件,是现代信息系统的重要组成部分和基础支撑.人与信息的交互融合是信息技术的主要发展方向,这种新的信息交互手段对电子集成器件提出了可延展柔性化的需求,以实现物理世界、信息数据和人类社会资源的综合利用.可延展柔性化的集成器件,可突破传统刚性无机集成器件不可变形、无法与人体曲面环境集成的瓶颈,极大拓展了传统半导体器件的物理形态及应用范围,也必将在健康医疗、脑机融合、物联网等领域产生巨大影响.本文对可延展柔性光子/电子集成器件的基本原理和设计方法进行了详细介绍,并以大脑、心脏和皮肤可集成的可延展柔性无机电子集成器件为例展示了其在生物医疗方面的应用价值,然后介绍了可延展柔性光子/电子集成器件的转印制备技术,最后展望了其未来发展方向.

PACS: 62.50.+p;47.40.-x;43.40.Jc
可延展柔性光子/电子集成器件专辑

数字打印柔性电子器件的研究进展

张乃柏, 郭秋泉, 杨军
中国科学: 物理学 力学 天文学, 2016, 46(4): 044608 | doi: 10.1360/SSPMA2015-00559
全文 : PDF (2828KB)
摘要

针对目前在柔性材料基底上打印器件和电路需求急剧增加的状况,本文较系统地总结了基于柔性基底数字打印技术的应用和研究进展,包括柔性基底上打印材料、柔性基底材料、数字打印技术以及数字打印在柔性电子器件上的应用等方面.本文全面阐述了传统技术的局限性和数字打印柔性电子的优势,分析了打印柔性电子的各方面关键技术和应用情况,综述了打印电子的材料和几种直写数字打印技术方式在二维和三维电子打印中的应用,列举了一些突出的应用实例,文末提出了对柔性电子技术发展的一点见解.

PACS: 07.07.Df;07.10.Cm;07.50.Ek;68.60.Wm
可延展柔性光子/电子集成器件专辑

柔性环境应变对InGaAsP量子阱材料增益的影响

欧春晖, 罗毅, 王健, 孙长征, 韩彦军, 熊兵, 郝智彪, 汪莱, 李洪涛
中国科学: 物理学 力学 天文学, 2016, 46(4): 044609 | doi: 10.1360/SSPMA2015-00440
全文 : PDF (1122KB)
摘要

本文采用k·p方法,从能带结构出发,研究了柔性环境应变对于InGaAsP量子阱增益的影响.计算出在不同注入载流子浓度情况下,垂直(z)方向和水平(x)方向应变对于不同组分InGaAsP量子阱TE,TM模增益谱的影响,发现z方向压应变的主要作用是使TE模的增益峰位置发生蓝移,并提高TM模的增益峰的数值;x方向压应变使TE增益峰位置发生红移、TM模增益峰位置发生蓝移,并降低TM模增益峰的数值.而z方向张应变的主要作用是使TE模的增益峰位置发生红移,并降低TM模的增益峰的数值;x方向张应变使TE增益峰位置发生蓝移、TM模增益峰位置发生红移,并提高TM模增益峰的数值.进一步得出为保持InGaAsP量子阱材料增益的波动变化量不超过30%、增益峰位置移动量不超过20 nm,柔性环境对其施加的应变应控制在3‰以内.

PACS: 42.60.Lh;81.40.Jj;73.20.At
可延展柔性光子/电子集成器件专辑

基于边缘剪切转移技术制备硅基柔性光波导

郭庆磊, 张苗, 狄增峰, 黄高山, 梅永丰
中国科学: 物理学 力学 天文学, 2016, 46(4): 044610 | doi: 10.1360/SSPMA2015-00429
全文 : PDF (3485KB)
摘要

无机柔性光电子技术由于具有柔性、便携、大面积等优点而受到科研人员的广泛关注,并取得了长足的进展.制备无机柔性光电子器件的技术关键是将传统刚性衬底上的纳米"构筑单元"(Building Blocks)以一种可控的、精确的、具有超高对准度的方式集成在柔性基底上.本文针对"转印"(Transfer Printing)技术中纳米"构筑单元"向柔性衬底集成时的可控转移及确定性组装(Deterministic Assembly)等难题,提出了边缘剪切转移技术,实现了柔性硅纳米带阵列在柔性基底上的制备及确定性组装.结合悬臂梁模型及有限元模拟,得出悬空硅纳米带内部在边缘剪切转移过程中所产生的应力与其厚度、宽度之间的函数关系.此外,本文还研究了不同方向硅条带在边缘剪切转移的过程中所制备硅纳米带的边缘形貌,并优化初始硅条带的方向,得到边缘平整的硅纳米带.最终,利用该技术制备出柔性衬底上的硅基光波导.

PACS: 81.16.-c;62.25.-g;42.82.Et;42.82.Cr
可延展柔性光子/电子集成器件专辑

基于银纳米线柔性可延展电路的印刷制备 Hot!

袁伟, 林剑, 顾唯兵, 梁紫微, 崔铮
中国科学: 物理学 力学 天文学, 2016, 46(4): 044611 | doi: 10.1360/SSPMA2015-00553
全文 : PDF (4740KB)
摘要

柔性可延展电子器件因其能够适应非平面的工作环境,将突破现在电子器件的应用范围,促进信息与人的融合,在智能穿戴电子、柔性显示、生物医疗等领域具有广阔的应用前景.本文通过印刷的方法实现银纳米线(Ag NWs)/聚二甲基硅氧烷(PDMS)柔性可延展电路的制备,研究了不同尺寸Ag NWs印刷构成的导电网络对柔性电路拉伸表面微结构的影响,并且进一步探讨了表面微结构与柔性导线拉伸电学性质的关系,尤其详细讨论了表面褶皱状结构的出现对柔性导线拉伸电阻的影响,并给出了具体的解释和讨论.最后展示了LED集成的柔性发光电路,并且实现了一定的可延展特性.本研究对于柔性可延展电路的制备提供了一条新的思路,具有重要意义.

PACS: 42.82.Cr;61.82.Fk;62.20.mq;68.35.Np
可延展柔性光子/电子集成器件专辑

柔性微型无机发光二极管的热管理

崔赟, 邢誉峰, 李宇航, 宋吉舟
中国科学: 物理学 力学 天文学, 2016, 46(4): 044612 | doi: 10.1360/SSPMA2015-00547
全文 : PDF (561KB)
摘要

基于无机材料的发光二极管(Inorganic Light-Emitting Diodes,简称ILED)由于效率高、寿命长、响应快、方向性好等优点被广泛应用于各个领域,例如固态发光照明、光学通信和光遗传学等.与柔性衬底相结合制备得到的柔性ILED具备了能够任意弯折、扭转或拉伸这些传统LED所没有的特性,可以实现与大脑、皮肤、器官等柔软组织的集成,这为以后临床需要的医疗检测和诊断提供了可能性.本文针对矩形形状柔性ILED的传热过程建立理论和有限元仿真模型,解析得到LED中的温度场分布及其随着LED尺寸的变化规律,所得的理论预测与有限元仿真结果吻合地较好.通过理论模型,建立了ILED无量纲温升的比例定律,并研究了柔性LED正常发光工作时的无量纲温升随无量纲几何和无量纲材料参数的变化规律,这些结果为矩形柔性LED的热管理提供了理论依据,对柔性LED的设计具有一定的指导意义.

PACS: 72.20.Pa;72.80.Le;73.40.Ty
可延展柔性光子/电子集成器件专辑

弯曲载荷下铁电薄膜畴结构演化行为的模拟研究

姜格蕾, 陈伟津, 郑跃
中国科学: 物理学 力学 天文学, 2016, 46(4): 044613 | doi: 10.1360/SSPMA2015-00554
全文 : PDF (2114KB)
摘要

本文建立了三维薄膜的相场模拟方法,考虑弯曲载荷、挠曲电场、温度和尺寸等因素对PbZr0.2Ti0.8O3薄膜畴结构稳定和演化的影响,探究畴结构信息力学擦除的可能性.证实了力学载荷及挠曲电效应对厚度在10 nm级别的铁电纳米薄膜畴结构可以进行有效地调控.其中温度的升高与表面挠曲电场对于畴结构演化过程有明显调控作用,有利于c--畴结构的形成.在进一步对波浪形弯曲及柱面弯曲的对比中,讨论了两种载荷方式下不同的挠曲电场取向对于力学擦除行为的影响.本文的研究对于柔性铁电电子器件往纳尺度方向的发展具有指导意义.

PACS: 77.80.Dj;75.60.Ch;85.35.-p
可延展柔性光子/电子集成器件专辑

基于外延剥离技术的薄膜LEDs的电流扩展和热效应研究

李晓敏, 宗约瀚, 江宇, 白霖, 宋国峰, 徐云
中国科学: 物理学 力学 天文学, 2016, 46(4): 044614 | doi: 10.1360/SSPMA2015-00552
全文 : PDF (1643KB)
摘要

随着外延剥离技术和转印技术的发展,柔性无机半导体集成器件引起人们的广泛关注.柔性无机发光二级管(LED)的研制是高精度转印技术和应用于生物传感的柔性混合集成技术的迫切需求.薄膜发光二级管(TF-LEDs)的电流扩展和热管理是研制TF-LEDs性能的关键.该文采用光刻胶微支撑结构,制备了两种结构的TF-LEDs,并将其转印到柔性衬底聚二甲基硅氧烷(PDMS)上,测试TF-LEDs的电学特性.采用二维有限元模拟仿真,综合考虑复合机制、晶格温度等对LEDs电学特性的影响,分析了条形电极结构TF-LEDs和环形电极结构TF-LEDs的电流扩展问题,说明环形电极结构TF-LEDs电流分布均匀性好,自发热效应较小;在柔性衬底上,可以在相对较大的功率下连续工作而不会因为温度过高而造成器件损坏.

PACS: 41.20.Cv;42.82.Cr;42.79.Kr;42.70.Jk
 
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