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柔性微流控电子技术的应用介绍

2016-11-25 10:05:19 3722 电子元件

0 柔性电子具有便携性、透明、轻质、可伸展/弯曲、以及易于快速大面积打印等特点，微流控技术是指在微观尺寸下控制、操作和检测复杂流体的技术。利用流体随流道的任意变形能力，为柔性电子应用提供了全新的解决方案。微流体电路通过在硅橡胶基板嵌入微通道，将液态金属充入橡胶基板微流道或者直接打印在基板表面。不同于常规电子，这些微流体电路具有固有的柔性，在自然拉伸状态下依然能够保持电子器件的功能。早期的液相电子包括惠特尼应变计，在橡胶管道中填充水银，通过超弹性拉伸可以改变水银的电阻实现测量。利用相变液态金属可实现可逆调节橡胶复合材料的结构刚度。在橡胶复合材料中嵌入低熔点Field’s金属和电热层，整个结构的弹性模量可以出现4个量级的变化。目前液相电子器件已经利用无毒的共晶镓铟、镓铟锡合金，以及其他基于镓的合金替代水银。液滴开关精确控制开合，灵活调整频率长期以来，汞被看作唯一的一种可用的高导电液体。在许多微流控应用中，将汞作为离散液滴来使用，开关就是其中的一种。液滴开关是较为简单的微流控电子元件，可以通过液滴开关来控制其它元件，而此时各基础元件之间的连接是必不可少。以具有弹性的微流体通道作为模具，向其中浇注高导电率的液体合金，则可以制作类似于传统电子设备中的固态金属线的连接，但这种连接在拉伸、弯曲、扭转状态下仍能保持良好的电学性能。柔性微流控传感器实现辐射危害实时监控如今，我们的身体暴露在各种各样的电磁场中，测量这些电磁场并提醒在可能对人体健康带来损害的强电磁场下工作的专业人员非常重要，尤其是孕妇等高危人群。软辐射传感器能够在有损健康的环境中发出警告信号，这将解决上述问题。为了能实现远程实时监控各种生理参数，如体温、心率、加速度、重力、机械压力和运动，自组织无线身体区域网络将在未来医疗中发挥重要的作用。然而，当在较大的曲面或运动件上工作时，普通的微缩传感器的效果不好。因此，有必要开发新的大面积的可拉伸无线人体局域网。国内团队研发了基于微流控技术的大面积可逆拉伸无线压力传感器，其大小为110 mm×80 mm。该传感器本身包含两部分: 电压用来控制波动以及产生共振微波信号; 天线用来转换微波波动信号。并且还有一个接收器，用来检测传感器测得的实时数据。兼容可变形人体以及人体电磁场干扰的基于柔性微流控无线传感器系统是最吸引人的特点。总结与展望得益于液态合金良好的流动性和高导电性，柔性微流控电子在加工工艺、应用开发等方面都得到了很好的发展，预期在机器人表面皮肤设计、可穿戴电子设备、嵌入式电子设备、航天通信系统等领域将产生广泛影响。然而总体上来讲，该领域还处在一个早期的发展阶段，许多的认识还停留在初期的阶段，尤其是功能材料研发和力学可靠性等方面亟需更进一步的探索，同时在器件规模化应用方面也需要有一个积极的突破口，从而带动更多更广泛领域的研发人员的积极参与，迎接柔性电子所带来的重大机遇与变革。文章整理自《柔性微流体电子：材料、工艺与器件》尹周平、吴志刚、黄勇安 0
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