高性能可伸缩柔性电子产品

Bridget Cunningham 2016年 6月 13日

优良的性能是所有电子设备设计中的关键点。在努力扩展设计空间以应对未来应用及实现物联网(Internet of Things 简称 IoT)的过程中,电子产品的物理柔韧性已成为和高性能同等重要的需求——这是现今电子产品从刚性和脆性发生的转变。让我们来看看可伸缩电子产品是如何成功融合强度和柔韧性,并为技术进步提供新机遇的。

物联网催生电子工业新潮流

您可能已经对围绕物联网这一现象而展开的种种论调非常熟悉了。物联网背后的理念就是创建一个能收集并与他人交流信息的物理对象网络,进而使用户无需进行输入就能实现“智能”技术。正如我们在之前的博客文章中讨论的,优化现代电子产品的设计是使所有一切成为可能的重要一步。

物联网的示意图。
进一步优化电子产品的设计是实现物联网的基本要求。

多年来,我们已经看到了电子产品发展的力量和速度,但在大多数情况下,设计本身仍然易碎且缺乏柔韧性。这类属性可以归因于一种在电子产品具有核心地位的材料:晶元。晶元是一种由半导体材料(通常为硅)制作而成的薄片,它通常被用作微电子器件的基板。

晶圆照片,电子产品设计中的关键部件。
晶元的高倍图像,它是许多电子产品设计的关键组件之一。图像由 Santi 自行拍摄。已获 CC BY 2.0 许可,通过 Flickr Creative Commons 共享。

虽然晶元基技术的电气性能优良,但是此类设备在伸缩或弯曲时会发生断裂。正如我们接下来将要讨论的,可伸缩电子产品正在改变这种设计属性的范围,并促进了潜在技术的进步。

可伸缩电子设备的基础动力学研究

当谈及可伸缩电子产品的设计时,可采取两种不同的设计路线。第一种方法是将可伸缩电子设备和电路安装在可伸缩基片上。另一种方法是将此类装置和电路完全嵌入可伸缩材料中。无论哪一种方法,聚合物都是基板或材料的最佳选择。

如果将刚性组件安装到可伸缩基板上会怎样呢?当对基板进行弯曲时,结构连接处承受的机械应变会增加。这是因为在对基板进行弯曲时,基板的长度会相应地增加,每个连接处的相对间距也会以相同速率增加。其结果就是在对基板进行伸缩或弯曲时,电子系统的全部功能得以完整地保留。

可穿戴电子产品实例。
此补丁为可伸缩电子产品实例,可用于测量人体电活动。图像由 Steve Jurvetson 自行拍摄,已获 CC BY 2.0 许可,通过 Flickr Creative Commons 共享。

接下来,让我们仔细探讨一下那些能为日常生活提供便利的可伸缩电子设备的创新设计。

可伸缩电子产品助力创新型设计成型

现今,人们对阳光暴晒问题的关注度日渐增长,为了应对这一问题及对消费者进行教育,欧莱雅(L’Oréal)公司设计了一款监测紫外线照射的可穿戴补丁。这种透明补丁的大小约为一平方英寸(约为 6 平方厘米),厚度为一根头发丝直径的一半,内部含有一种曝露于紫外线后会发生颜色变化的光敏染料。在对补丁进行拍照之后,用户便可以将图片上传到移动仿真 App 中对结果进行分析。可伸缩电子设备因此成为了科技与美容行业的交叉点——此类设备在其分析中会对肤色作出解释,并可用于用户希望监测任意的皮肤部位。

随着美容行业的发展,可伸缩电子产品的应用延伸到了医疗保健领域。MC10 已开发出一种可访问人体健康参数的可黏着跟踪传感器。尽管在外观上给人一种胶布绷带的既视感,但这一传感器具有多种用于跟踪和监测的小型化技术:加速计和陀螺仪用于追踪运动轨迹;一系列传感器用于监测例如肌肉行为和心脏活动一类的生命体征;可充电电池是这一传感器的附加优势。这款可伸缩电子产品有助于清楚记录病人的日常健康状况,其精度高、速度快,同时可确保及时采取恰当的医疗措施。

可伸缩电子设备未来会催生什么样的技术呢?答案需要由工程师来解答。

了解更多关于可伸缩电子设备和相关技术的信息


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评论

  1. 新岩 姜 December 19, 2016   2:44 am

    目前对于弹性压阻材料的研究很广泛,但是没有固定的模型与理论支持全范围的压阻过程。不知道COMSOL软件是否将针对向有机物中掺杂改性得到的混合物建立材料模型。

  2. Yuansheng Zheng December 19, 2016   3:20 am

    新岩,您好!
    感谢您的评论。
    模型相关的问题,请您联系我们的技术支持团队:
    在线支持中心:cn.comsol.com/support
    Email: support@comsol.com
    谢谢!

    Yuansheng

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