我國(guó)科研人員讓精密電路像“保鮮膜”一樣能包裹萬(wàn)物

復(fù)雜精密的電子電路化身“熱縮保鮮膜”，熱風(fēng)一吹，便嚴(yán)絲合縫地貼附在任意形狀的物體表面——這一充滿(mǎn)想象力的技術(shù)場(chǎng)景正在走向現(xiàn)實(shí)。

近日，天津大學(xué)精密測(cè)試技術(shù)及儀器全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室黃顯、國(guó)瑞團(tuán)隊(duì)與清華大學(xué)深圳國(guó)際研究生院汪鴻章團(tuán)隊(duì)合作，提出一種基于液態(tài)金屬電路與熱塑性薄膜的“熱縮制備策略”，為柔性電子與智能感知領(lǐng)域帶來(lái)重要突破。相關(guān)研究成果于1月12日發(fā)表在國(guó)際權(quán)威期刊《自然·電子學(xué)》上。

在人工關(guān)節(jié)、智能頭盔、汽車(chē)弧形觸控面板等不規(guī)則3D曲面載體上，制造高性能電路并不是一件容易事，存在著共形貼合難、精度難控、材料適配差、可靠性不足等一系列問(wèn)題，還可能出現(xiàn)電路易斷裂、信號(hào)不穩(wěn)、良率偏低等問(wèn)題。

柔性電路在各種材質(zhì)的異形表面實(shí)現(xiàn)共形集成。（受訪(fǎng)者供圖）

面對(duì)這一柔性電子領(lǐng)域的難題，研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地采用常見(jiàn)的熱塑性薄膜為基底，此材料遇熱收縮，可緊密包裹物體。為解決普通金屬在收縮中易斷裂的問(wèn)題，團(tuán)隊(duì)又研制出具有高導(dǎo)電性和良好流動(dòng)性的半液態(tài)金屬材料，通過(guò)自主打印技術(shù)在平面薄膜上“繪制”出電路。

通過(guò)該技術(shù)，平面電路在約70攝氏度的溫水或熱風(fēng)處理后，無(wú)論是圓潤(rùn)的蘋(píng)果、飛機(jī)的機(jī)翼，還是靈活的手指，都能按照預(yù)先設(shè)計(jì)的“變形藍(lán)圖”快速自適應(yīng)貼合。

在具身智能領(lǐng)域，研究團(tuán)隊(duì)依靠此項(xiàng)技術(shù)已成功為機(jī)器人手臂、頭部定制了貼合觸覺(jué)傳感器陣列，讓機(jī)器人擁有了靈敏的“電子皮膚”。他們還開(kāi)發(fā)了集成壓力與溫度傳感器的“智能手套”，讓機(jī)器人可以通過(guò)“摸一摸”來(lái)識(shí)別物體。

“不僅如此，該技術(shù)的應(yīng)用潛力正向更廣闊的產(chǎn)業(yè)場(chǎng)景延伸。”本研究第一作者、天津大學(xué)精密測(cè)試技術(shù)及儀器全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和天津大學(xué)感知科學(xué)與工程系博士蔣成杰介紹說(shuō)，在智慧農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，輕薄的電路可貼附于果蔬表面，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)儲(chǔ)運(yùn)溫濕度，保障新鮮品質(zhì)；在航空航天領(lǐng)域，該技術(shù)能為飛機(jī)機(jī)翼定制一體化加熱電路，實(shí)現(xiàn)高效除冰；在智慧醫(yī)療領(lǐng)域，可制作智能繃帶，實(shí)現(xiàn)舒適精準(zhǔn)的健康監(jiān)測(cè)。