隨著物聯(lián)網(wǎng)時代的到來，電子設備與人類的聯(lián)系越來越緊密。電子皮膚、納米發(fā)電機、腦機接口、植入式醫(yī)療設備等新概念電子設備可以在人體上或人體內(nèi)部工作，需要具備佩戴舒適、超柔韌性、可生物降解和復雜變形下的穩(wěn)定性等工作特性。然而，基于金屬和塑料襯底的傳統(tǒng)電子產(chǎn)品無法有效滿足這些新的應用需求。因此，一系列基于柔性多孔襯底（如紙、織物、靜電紡絲納米纖維、木材和彈性聚合物海綿）的先進電子設備正在開發(fā)中，憑借其卓越的生物相容性、透氣性、可變形性和堅固性來應對這些挑戰(zhàn)。這些襯底的多孔結(jié)構不僅可以提高器件性能，還可以實現(xiàn)新功能。但由于其種類繁多，選擇合適的多孔襯底對于為特定應用制備高性能電子產(chǎn)品至關重要。
近日，西安大略大學楊軍教授課題組在《Advanced Science》期刊上發(fā)表了題為“A New Class of Electronic Devices Based on Flexible Porous Substrates”的綜述文章，重點強調(diào)了柔性多孔襯底的多孔結(jié)構對電子器件性能提升的作用和為其帶來的新功能，系統(tǒng)的闡述了不同種類柔性多孔襯底的特性和其設計、制造和使用的基本原則。隨后，詳細總結(jié)了柔性多孔襯底的功能化方法和其優(yōu)缺點。最后，列舉了不同種類柔性多孔襯底上電子器件的最新進展，并在此基礎上系統(tǒng)論述了其存在的挑戰(zhàn)和未來的發(fā)展方向。
1. 柔性多孔襯底材料
襯底材料在電子設備的整體性能中起著至關重要的作用。它們不僅提供機械支撐，還可以作為器件的功能部件。根據(jù)孔結(jié)構的不同，多孔襯底分為纖維基和非纖維基。纖維基多孔襯底由纖維原料組成，通常具有優(yōu)異的抗疲勞性。非纖維基多孔襯底主要是指多孔彈性體，具有優(yōu)異的拉伸性。
2. 柔性多孔襯底的功能化方法
常用的大多數(shù)多孔襯底是不導電材料。為了提高它們的導電性并在其上構建電子元件，需要在多孔襯底上涂覆或滲透導電材料。迄今為止，已經(jīng)開發(fā)了多種功能化方法來將不同類型的導電材料集成到多孔襯底中。根據(jù)制造工藝的不同，功能化方法分為物理方法和化學方法。
3.基于柔性多孔襯底的電子器件
每種類型的柔性多孔襯底都有其獨特的性能，有助于創(chuàng)建具有不同功能的電子設備，以滿足各種應用需求。例如，紙張適用于制造一次性低成本電子設備？椢锖碗娂徑z納米纖維對于制造可穿戴電子產(chǎn)品特別有用。天然材料可用于制備可生物相容、可食用、可生物降解、可植入電子產(chǎn)品。多孔彈性聚合物（如 PDMS 和 PU）通常被用于開發(fā)可拉伸電子設備和電子皮膚。根據(jù)不同的功能，多孔襯底上的電子器件可分為基本電子元件（即電路、電極、RFID標簽）、傳感器、能量存儲和轉(zhuǎn)換器件以及其他應用（例如執(zhí)行器、HMI、生物醫(yī)學設備）。
該論文的作者為加拿大西安大略大學博士生張藝媛，張騰遠博士，黃占東博士和楊軍教授。
論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202105084
