斯坦福大學教授：人造電子皮膚不是夢，未來再無智能機

　　鮑哲南在制造用于柔性薄型顯示器的全塑晶體管的新型高性能有機、高分子半導體材料方面有突出貢獻。她的工作使柔性電子電路和顯示器成為現實。在她最近的工作中，她開發了皮膚啟發的電子材料。

　　她是美國國家工程院院士和國家發明研究院的院士，因為在人造電子皮膚上的工作至關重要被選為“自然”雜志2015年十大科技人物。她獲得了2017年美國化學會應用聚合物科學獎，美國化工學會2014年Andreas Acrivos 化學工程專業進步獎。

　　精彩言論

　　1、用電子皮膚一樣的電子材料來做電子器件，不再是一個科幻的夢想，而是一個可能實現的事情。

　　2、電子皮膚是電子工業發展的一個趨勢，可以激發我們的思考，讓我們有更多的想象空間，可以激發發明出新的材料和新的技術。

　　3、電子器件就像皮膚一樣，可以貼在我們的身體表面或者種植在皮膚下面，或者在身體里面，這樣的傳感系統就會像我們人的皮膚一樣，可以幫助我們的生活和幫助我們更好的理解自己的身體狀況。

　　4、下一代的電子不光是柔性的，而且有可拉伸性、自修復性還有生物降解性，我們認為電子皮膚是未來電子工業發展的一個不可避免的趨勢。

　　5、電子皮膚還在起始階段，更加需要基礎的研究，從材料方面、工藝方面去研究這些新型的電子材料它們的電學性能和力學的關系，和怎樣設計材料可以使得我們達到好的電學功能，也有好的力學功能。

　　正文

　　某天早上，身上的電子皮膚會將你輕柔喚醒，告訴你今天的體征正常，可以開啟新一天的工作；當你刷牙時，鏡子會告訴你今天的天氣和溫度，應該穿什么樣的衣服，如果感興趣的話，還可以告訴你今天的新聞是什么；出門時不用想著帶鑰匙、拿手機…………

　　所有的這一切都不再只是想象，鮑哲南教授近期在柔性電子領域的突破讓人類離這樣新型科技社會更進了一步。正如鮑哲南教授所說，智能手機是現在，而人造電子皮膚是未來，是下一代電子工業發展的方向，而且是不可避免的一個趨勢。

　　2018年2月份，在英國《自然》雜志上，鮑哲南科研團隊宣布他們在柔性電子領域實現了制造工藝的新突破，首次成功開發出易量產的高密度、高靈敏度可拉伸晶體管陣列。

　　“為了實現新模式的電子器件和最終電子產品，我們先從發展新電子材料開始，有了電子材料后還要把工藝做出來。”鮑哲南解釋道：“集成電路里面有很多層的不同的材料，這些不同的材料都必須要能夠做成很小的不同形狀，然后一層要疊加在另一層上，整個工藝有幾十步到上百步的步驟，所以把工藝做成有很多技術上的難度。”

　　制造工藝的研發之路并不簡單，據鮑哲南透露團隊也是研究了8-10年的時間才把工藝做成。

　　“這個的意義非常重大。之所以非常重大是因為以前大家做的都是柔性電子，電子皮膚以前還不可以有拉伸性，而且不可以有集成電路。但集成電路對電子器件來說至關重要，因為顯示屏幕、傳感和計算都需要集成電路。而在柔性電子皮膚方面，這是第一次做到了這樣的集成電路。”

　　這一步的成功證明了電子皮膚一樣的電子材料來做電子器件是一個可以實現的事情，而不再是一個科幻的夢想。雖然目前只是集成了幾十個晶體管到上千個晶體管，但至少人來已經開始邁出第一步。

　　對于未來電子皮膚的發展，鮑哲南曾經說過智能手機是現在，但將來將會是由人造電子皮膚實現的BodyNet人體網絡。因此，電子皮膚是將來電子工業發展的一個方向和趨勢，可以激發人類的思考，讓人類有更多的想象空間，可以發明出新的材料和新的技術。

　　“比如觸覺傳感器，可以做一種可測血壓的產品；還有一些可拉伸性的材料，有非常強的硬度和非常好的自修復性功能，這些材料可以用到鋰電池里，使得鋰電池可以有高容量，而且可以持續充放電時間更久。這些是早期可以實現的一些應用。”鮑哲南舉例道。

　　以下是對鮑哲南教授的采訪實錄：

　　1、可以分享一下《nature》發表柔性電子領域的一大突破的背景和研發過程嗎？

　　鮑哲南：這是我們多年的積累而做成的，其主要是第一次做成可拉伸性的有機半導體的集成電路，這個意義非常重大。之所以非常重大是因為以前大家做的都是柔性電子，電子皮膚以前還不可以有拉伸性，而且不可以有集成電路，集成電路的重要性就是所有的電子器件需要晶體管集成起來，才可以實現如做顯示屏幕、做傳感、計算的功能。在做柔性電子皮膚電子器件方面，這是第一次做到了這樣的集成電路。

　　雖然我們的集成還只是做到能夠有幾十個晶體管到上千個晶體管，但是這是一個起始點。

　　2、這一項目歷經了多長時間？期間遇到了怎樣的困難，遇到了哪些瓶頸？如何實現的突破？

　　鮑哲南：其實我們是在做一種新模式的電子器件和最終電子產品，我們需要從發展材料開始，有了這些新的電子材料之后，還需要再把工藝能夠做出來。集成電路里面有很多層的不同的材料，這些不同的材料都必須要能夠做成很小的不同形狀的材料，然后一層要疊加在另一層上，整個工藝有幾十步到上百步的步驟，所以把工藝做成有很多技術上的難度。這些都是通過前面八到十年的研究，才做到今天這樣子的結果。

　　3、這一項目是首次成功開發出更易量產的高密度、高靈敏度、可拉伸晶體管陣列，這一研究的意義是什么？

　　鮑哲南：就像我前面說的，電子產品都是需要有很多晶體管集成在一起，才可以有它的功能。所以能夠走到這一步證明用電子皮膚一樣的電子材料來做電子器件，是一個可以實現的事情，而不再是一個科幻的夢想。電子皮膚的實現只是時間問題，把這個集成越做越大，功能越做越多，我們證明了第一步。

　　4、電子皮膚在現實中發展到怎樣的階段了？

　　鮑哲南：電子皮膚作會是將來最終電子工業發展的一個方向和一個趨勢，可以激發我們的思考，有更多的想象空間，可以發明出新的材料和新的技術。

　　但是這些材料和技術在近期也會有一些非常有價值的應用，比如觸覺傳感器，可以做一種可測血壓的產品；還有一些可拉伸性的材料，有非常強的硬度和非常好的自修復性功能，這些材料可以用到鋰電池里，使得鋰電池可以有高容量，而且可以持續充放電時間更久；這些都是早期可以實現的一些應用。

　　5、電子皮膚如何改變我們的生活？

　　鮑哲南：我覺得電子皮膚是電子工業的變革性的方向，基本的理念就是把傳感和信號處理，和信號傳輸結合在一起，但是這些電子器件并不是像現在已有的比如說可穿戴的手表，而是說就像皮膚一樣，可以貼在我們的皮膚表面或者種植在皮膚下面，或者在身體里面，這樣的話整個這些傳感系統就會像我們人的皮膚一樣，跟人非常接近，可以幫助我們的生活和幫助更好的理解身體狀況。如果不是在人的身上，也可以是在建筑物表面，可以在飛機表面，或者是在機器人的身體表面。

　　所以這個理念可以運用在各種不同的體系里面，都包括傳感和信號處理和信號傳輸，這個是我們的最基本的理念。

　　電子皮膚我們認為這個是未來電子工業發展的一個不可避免的趨勢。

　　6、電子皮膚要落地實現需要實現哪些突破？還有哪些問題？

　　鮑哲南：其實這個領域還是正在起始階段。

　　從基礎學科的角度來說，需要更加多的基礎的研究，從材料方面、工藝方面去研究這些新型的電子材料的電學性能和力學的關系，和怎樣設計材料可以使得我們達到好的電學功能，好的力學功能，這些都是新的材料設計的挑戰，需要很多基礎研究。

　　然后從工藝的角度上，雖然我們最近自然雜志上發表了第一個集成新型材料，但是這個只是起始階段，還需要進一步實現更復雜、更大型的集成電路方式。

　　從應用的角度上來說，電子皮膚可以像科幻電影一樣，可以是一個非常復雜的就像人的皮膚一樣，非常復雜的系統。但還是需要能夠找到一個應用的路線圖，路線圖必須要先從簡單的應用出發，應用一些已有的發明出來的材料和器件，這樣先有簡單的應用制造出產品，然后慢慢再到更加越來越復雜的系統性的應用，所以開發這樣的應用前景也是一個非常重要的方向，需要去研究。

　　7、大家使用的智能手機都在提柔性電子屏幕，對于這些研究和應用，您有何看法?

　　鮑哲南：關于柔性電子屏幕和手機，這個我覺得是不可阻擋的趨勢，二十年前我在貝爾實驗室開始研究的時候，那時候在設立柔性電子的未來。那時候柔性電子是一個科幻型的未來，但是現在柔性電子已經可以看到是必然會實現的，只是一個時間問題，這些所提到的公司，他們應該會在比較近期內就可以實現這個。

　　所以人造電子皮膚，是再下一代的電子，這些電子不光是柔性，而且有可拉伸性、自修復性還有生物降解性，所以這是將來的電子工業發展的一個趨勢。

　　我覺得是現在人造皮膚的發展，就像我剛剛20年前開始做柔性電子那時候的一個情形，現在正是一個領域起始的階段，所以令人非常興奮，因為有很多有趣的科學問題需要解決，這個是之所以我們著重在這個方向。

　　8、石墨烯一直是個熱詞，您怎么看待石墨烯在電子方面的應用與發展？

　　鮑哲南：電池的研究之所以我的課題組會介入這個，是因為電子皮膚所有的電子器件能量的來源是一個必不可少的，所以我們所解決的問題里面有集成電路，但是集成電路或者這些顯示屏幕都需要有電池來給它提供電源，所以這個是我們必須要考慮的問題。而這些電源的話，如果我們把集成電路做成像人的皮膚一樣可拉伸性，這些電池也得有一定的可拉伸性，也像皮膚一樣。所以這個又是新的挑戰，但是從材料研究方面，很多材料是可以互相借鑒的，所以我的研究課題組也有一部分研究是致力于可拉伸性的電池和一些當前電動汽車的電池的研究。

　　對于石墨烯的研究來說，石墨烯是一個非常有趣的材料，我覺得最重要的是要發掘這個材料的優越性和缺陷，找到適當的地方，這個材料最適合的應用的地方。所以石墨烯我覺得因為它有很多很特殊的性能，現在的基礎研究讓我們更加了解這個材料的性能，只有通過這些基礎研究，我們才可以知道在什么地方石墨烯是最適合應用的。從這個基礎研究現在已經得到了很多很重要的信息，所以現在可能是一個在轉折的過程中，從基礎研究可以分析什么樣的地方應用這些材料是最適合的。