推出薄如蝉翼的电子产品

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可穿戴计算的未来很可能更像保鲜膜,而不是谷歌眼镜。科学家们已经开发出可以像临时纹身一样佩戴的电路,以及薄而灵活的硅基设备,这些设备可以在水中溶解。现在,东京大学的研究人员表示,他们已经创造出薄而灵活到可以被认为是“不可察觉”的电子产品。“其他团队也在研究这些东西,”马丁·卡尔滕布伦纳说,他是《自然》杂志 7月25日发表的论文的第一作者,该论文描述了该小组的工作。“但我想说的是,我们能够制造出最大、最灵活和最薄的设备。”

他们的第一个原型,一个超轻触摸传感器,比打印纸轻30倍,厚度只有三明治包装纸的五分之一。在研究小组发布的一个视频中,该团队的研究员染谷隆夫这样说:“人们感觉不到这个设备的存在。”

他们设备的基底是聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)箔,类似于工业级厨房保鲜膜。这种箔厚一微米,卷成10厘米宽、10公里长的卷轴。电子制造商每年使用它来制造数十亿个普通电容器。因此,它很便宜,这是一件好事——原则上,它应该使柔性电子产品的制造变得简单。问题在于,在微观尺度上,它非常粗糙,就像一个纳米级的山脉。“在上面你需要构建一个100纳米厚的设备,”卡尔滕布伦纳说。“这并不容易。”


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但是,卡尔滕布伦纳和他的同事发现,如果以正确的方式应用电子层,PEN的粗糙度就会变成一个意想不到的优势:金属会很好地粘附在上面。因此,卡尔滕布伦纳的电子产品不仅薄,而且耐用,即使被压成一个球也能完美地工作。

为了构建他们的原型触摸传感器,研究人员取了一块4.8平方厘米的PEN箔,并应用了一个集成电路层和一个包含144个触觉电路的层。“整个封装的厚度为1到2微米,”卡尔滕布伦纳说。“这反过来使其比目前市面上的任何产品都更加灵活。”

薄如蝉翼的电路可能具有明显的医疗应用——监控系统、可穿戴医疗仪器等等。它可以用作机器人皮肤。但是,如果卡尔滕布伦纳和他的同事的预测是正确的——“不可察觉的电子箔片在未来可能像今天的塑料包装一样普遍,”他们在《自然》杂志论文的摘要中写道——这项技术可能会有今天难以想象的应用。“它非常像一卷厨房保鲜膜,但它具有电子功能,”卡尔滕布伦纳说。“你可以将几乎任何你能够想到的物体功能化,因为你只是用箔片包裹它。”

Seth Fletcher is chief features editor at 大众科学. His book Einstein's Shadow (Ecco, 2018), on the Event Horizon Telescope and the quest to take the first picture of a black hole, was excerpted in the New York Times Magazine and named a New York Times Book Review Editor's Choice. His book Bottled Lightning (2011) was the first definitive account of the invention of the lithium-ion battery and the 21st century rebirth of the electric car. His writing has appeared in the New York Times Magazine, the New York Times op-ed page, Popular Science, Fortune, Men's Journal, Outside and other publications. His television and radio appearances have included CBS's Face the Nation, NPR's Fresh Air, the BBC World Service, and NPR's Morning Edition, Science Friday, Marketplace and The Takeaway. He has a master's degree from the Missouri School of Journalism and bachelor's degrees in English and philosophy from the University of Missouri.

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