以柔美征服世界的“柔性电子”

水钰

2017年3月10日，美國《科学进展》杂志介绍了一种新型可拉伸塑料电极，它能够用于研发可穿戴电子器件，是在美国斯坦福大学华人教授鲍哲南的领导下研发出的新型电子产品。那么，新型可拉伸塑料电极究竟是什么？又有着怎样的重大意义呢？下面，就让我们去一探究竟，

走近“柔性电子”

一直以来，人类都渴望拥有一款能与身体相融合的电子设备：安置在心脏内，跟随每次心跳而拉伸，帮助心脏疾病患者重获健康；轻轻放入眼睛里，像隐形眼镜一样取用方便，代替那些体积庞大的生物传感器。于是，“柔性电子”应运而生。

这项在柔性或可延性塑料或薄金属板上制作电子器件的技术，正是鲍哲南团队长期以来致力于研究的课题。为了增加材料的韧性和机械性，研究人员采用一种类似肥皂表面活性剂的分子添加剂，改变了分子之间的作用力；又利用离子相互作用所形成的弱静电保证了高导电性；再加入增强剂来局部软化聚合物链，从而形成软结构区域，使其拥有较高的延伸率（即材料在拉伸断裂后，总伸长与材料初始长度的百分比）。

这种高伸缩性的导电聚合物正是“柔性电子”，在被拉伸至原先2倍长时仍可保持极高的导电率，且有效地解决了导电塑料容易碎裂的不足——拉伸超过5%便会损坏。紧接着，研究人员又提出了疑问：这种材料是否可以植入生物体？会不会对生物体造成损伤呢？

虽然这些疑问还有待进一步验证，但可以肯定的是，一旦确认了它的生物相容性，很快将引领表皮电子学、生物电子学，以及可穿戴设备等领域的革新。我们都知道，电极是电子设备中不可或缺的组成部件，它们就像人类大脑中的轴突，传递着电信号。一旦电极达到了近似于皮肤的柔软程度，它就有可能替代人体的皮肤，甚至是帮助大脑来传递神经元之间的电脉冲。

可降解的“柔性电子”

不过，人类科技的进步往往伴随着对环境的破坏，甚至有些时候还会危害我们自身的健康。中国作为世界上最大的电子垃圾场，全球约70%的电子垃圾会最终流向中国，废旧的电视、冰箱、洗衣机、空调、电脑、手机等电子产品及其零部件更是让广东汕头成为了“电子垃圾之都”。

大量的塑料外壳不易降解，燃烧后会释放出有害气体，长期埋于地下又影响农作物的生长，随意丢弃在陆地或水中还可能被动物误食，进而威胁到它们的生命；其中的重金属会污染水体、大气，逐渐富集在人体内，促使蛋白质和酶失去活性；一旦人体内重金属的含量过高，就会造成重金属中毒的症状（日本的水俣病是世界八大公害事件之一，正是有机汞污染造成的）；在拆卸电子元件的过程中，各类阻燃剂、溶剂同样具有毒性，稍不留意就会诱发癌症等人体病变。

基于这些不利因素，鲍哲南团队不满足于已研发的兼具导电性与拉伸性的“柔性电子”，他们使用特殊的化学方法，将原子间的连接方式变为可逆，并将其连接模式应用到柔性可导电聚合物的设计中。于是，研究人员们得到了可以在醋酸、土壤等弱酸环境中被分解的首种可降解聚合物半导体材料，而其中的金属仅为不能被人体吸收的金，以及对人体无害的铁。然后，他们利用造纸的原料一天然纤维素来制作支撑和保护电子元件的衬底，最大限度地避免了塑料废弃物的产生。

其实，减少电子垃圾污染，我们能做的也有很多：减少电子产品的更换次数，进行电子垃圾的分类回收、循环利用等。

“柔性时代”来临

还记得电影《哈利·波特》中能够动态显示的“魔法报纸”吗？那正是可以像纸张一样弯曲和折叠的柔性屏幕。2010年，惠普公司曾在美国旧金山展出一种采用“自对准压印光刻”技术研发的全塑料柔性屏幕，利用太阳能供电，轻便耐用，着实让人眼前一亮。

韩国LG公司也于2015年在首尔发布了一款壁纸式OLED显示板，这块0.97mm厚、139.7cm长、重1.9kg的面板能在磁铁吸力的作用下，像壁纸一样牢牢地贴在墙上。研发人员认为，这款产品最大的优点是能够轻而易举地弯折，你可以方便地把它带去任何地方。

英国《每日电讯报》也曾介绍过一种透明、环保、能发光的柔性电子纸材料，这是科学家们将木粉通过简单的吸滤法（制造真空负压来加速过滤），加入锌和硒制成的小半导体晶体研制出来的纳米纤维素。它能够在室温下发光，即使经过数次的卷起、舒展，也不会出现开裂的情况。

未来，“柔性电子”将助力可穿戴设备的发展，凭借其可弯曲、超轻薄、低功耗、高性能等优势，满足社交娱乐、医疗健康、军事工业等不同领域中各类群体的要求，最终彻底改变人类世界的生活方式。

（责任编辑：司明婧 责任校对：曹伟）endprint