未來科學大獎科學委員會委員鮑哲南取得柔性電子領域新突破！

未來科學大獎科學委員會委員，美國斯坦福大學教授鮑哲南科研團隊2月19日在英國《Nature》雜誌發表報告說，他們在柔性電子領域實現了製造工藝的新突破，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，這一成果在電子皮膚等研究中具有突破性意義，朝著實現柔性電子功能器件的目標又邁進了一大步。

作為材料學和電子學領域的一大熱門方向，柔性電子學的研究一直頗受關注。但受限於沒有適用於高分子材料的電子製造工藝，利用柔性電子材料所製成的功能性電子器件還從未實現過，導致這一領域的發展無法從材料學研發進展到真正的電子學研發。

圖|鮑哲南教授

鮑哲南團隊在過去的近20年來，一直致力於探索兼具柔性和電子性能的材料，以製備仿皮膚性能的電子器件去幫助那些失去觸感的人恢復部分感覺。

近日，鮑哲南所領導的團隊創造了一種可拉伸的高分子電子材料電路，這個電路集成了基於晶體管陣列的有源矩陣以及觸摸感測器，可以探測瓢蟲的細微足跡，通過實現可拉伸的有源矩陣（active matrix）作為背板電路，突破了可拉伸觸覺感測器高密度集成的最重要的技術壁壘，使得「人造皮膚」在觸覺功能上大大接近了真實的皮膚，可以感受物體位置的變化，表面的粗糙程度等。

圖|鮑哲南教授（右）在實驗室對科研團隊成員進行指導

除了讓「人造皮膚」更加智能以外，鮑哲南團隊還實現了另一個更為實用的效果：賦予其柔軟可拉伸的特性，讓其在機械形態上更加接近真實皮膚。

鮑哲南團隊開發的可拉伸電子器件（晶體管和電路）可擴展到原尺寸的2 倍，並恢復原樣，同時保持其導電和運算能力，且不產生裂紋、分層或皺褶。為了測試壽命，她的研究團隊伸展樣品1000 多次，樣品並沒有產生嚴重的損壞和敏感缺失。

相關技術在未來最重要的一個應用方向之一就是「腦機界面」。「大腦產生的神經電信號具有很弱的幅度，因此，利用具有信號放大功能的有源器件（晶體管）來構建大腦神經信號的測量界面，對於提高信號採集的信噪比進而提升神經信息的讀取能力至關重要。另一方面，大腦又是極其柔軟並且敏感的，因此長期穩定工作的腦機界面需要具有與大腦相匹配的力學屬性，從而不引發免疫反應。這一技術首次將這兩個方面統一了起來，因此在將來有望發展為更加理想的腦機界面技術。」鮑哲南團隊的工作人員說。

圖| 人類手腕內側粘貼著集成6300個晶體管的可拉伸大型陣列。面積大約4.4×4.4cm2

不過，相比更為遙遠的「腦機界面」，鮑哲南團隊開發的能夠大規模製備可伸縮電子材料的方法，很有可能成為柔性電子產品實現技術商業化的關鍵步驟，加速柔性電子產品的普及進度條，並為可拉伸高解析度顯示屏、其他類型感測陣列的開發提供更大可能性，最終帶來可穿戴電子產業的革命性變革。

鮑哲南說，目前已開發出部分電性和拉伸性俱佳的高分子材料，但模擬人類複雜的觸覺仍有不少挑戰需要克服。接下來，她打算利用人造皮膚幫助靠假肢生活的人們獲得觸感，並藉助相關技術開發血壓測量儀器、擁有人造皮膚的機器人以及可穿戴電子器件等。

圖|鮑哲南展示團隊開發的可拉伸晶體管陣列

人造皮膚未來服務於現實生活的前景非常廣闊，將為皮膚燒傷等疾病患者帶來福音。作為人造皮膚研究的功臣，鮑哲南亦被一些人贊為「世界上最美麗的女人」。鮑哲南認為，有意義、有影響力的科研成果離不開跨學科合作和研究，「目前中國科研發展飛速，正迎來大突破時期，希望中國科學家進行更多的跨學科研究，實現更多突破」。

鮑哲南1970年出生於中國南京，曾就讀於金陵中學和南京大學，父母都是南京大學的教授，從小父母就啟發鮑哲南要有大膽假設、踏實求證的科學思維。科學氛圍濃厚的家庭環境為鮑哲南打開了科學的大門，從南京大學畢業後，鮑哲南移居美國，學習深造並繼續開展科研工作，並取得了一系列成果。

1995年鮑哲南獲得芝加哥大學博士學位後進入貝爾實驗室，成為聚合物和有機材料部門的首席研究員。2001年被貝爾實驗室聘為傑出研究員。2004年進入斯坦福大學化學工程系，從事的關於「人造皮膚」的研究，取得了世人矚目的成果，被媒體稱為當今世界化學工程領域的「黑科技」。2015年，因為柔性人造皮膚的發明，被《Nature》雜誌評選為對全球科學界產生重大影響的年度十大人物。2017年3月23日，聯合國教科文組織在法國巴黎為鮑哲南頒發了「世界傑出女科學家成就獎」，每年全球只有五位頂尖的科學家可以獲得這樣的殊榮。

鮑哲南

斯坦福大學K.K. Lee 化學工程學教授、化學教授和材料科學與工程教授，斯坦福大學可穿戴電子中心創始人和主任，未來科學大獎科學委員會委員

文章來源：新浪科技、搜狐科技

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