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FlexMat文章精选:南京大学施毅院士/潘力佳教授 | 共形电子学:材料、制备与应用前沿

2026-03-23 11:29:08

Conformal electronics: Materials, fabrication, and emerging application

Jiayu Pan, Wenbin Zhao, Yukai Zhou, Jing Wu, Wen Cheng^*, Yi Shi^*, Lijia Pan^*

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文章简介

共形电子学作为柔性电子的前沿分支，打破了传统刚性电子器件的形态限制，通过柔性材料与先进制备技术的融合，实现器件与非平面、动态甚至生物表面的无缝贴合。相较于刚性器件，共形电子系统具备更高的测量精度、更强的稳定性和更优的舒适性，正重新定义可穿戴技术、物联网等领域的发展边界。

本综述从三大核心维度展开：首先聚焦共形适配的材料选择与结构设计策略，涵盖本征拉伸材料、刚性材料结构工程等关键路径；其次详解先进制备技术，包括转移印刷、3D组装、曲面光刻、直接写入等核心方法；最后系统盘点共形电子学在医疗健康、消费电子、工业能源等领域的创新应用，并深入探讨规模化生产、耐久性、生物相容性等当前挑战与未来研究方向，为领域发展绘制清晰蓝图。

图文导读

共形电子学全景图

图1直观呈现共形电子学的核心构成：从液态金属、水凝胶、半导体等关键材料，到转移印刷、光刻、喷墨打印等制备技术，再到生理信号监测、坐姿识别、关节检测等多元应用，全方位展现领域生态。

图1. 共形电子学概述

多场景表面适配策略

针对简单曲面（圆柱、球面）与复杂3D表面（人体皮肤、机械部件），综述提出差异化解决方案：简单曲面通过弹性夹层设计、有限元模拟优化实现均匀贴合；复杂表面则依托导电聚合物、水凝胶等类皮肤材料，结合自修复技术提升稳定性。

图2. 不同表面共形性的策略。a）超薄中间层的弹塑性设计。b）用于多毛头皮的皮肤上可涂漆生物凝胶，用于脑电图记录。c）机器人化混合打印设备。

核心制备技术

制备技术分为可变形表面（转移印刷、3D组装）与不可变形表面（曲面光刻、曲面直写）两大类：转移印刷通过界面附着力调控实现无损转移；3D组装利用机械应力将平面器件转化为三维结构；曲面光刻突破传统工艺限制，实现微纳尺度图案化；喷墨打印、3D打印等曲面直写技术则满足大规模、复杂结构制备需求。

图3. 共形电子的不同制造方法。a）用可回流材料进行高曲率保形印刷的工艺示意图。b）在圆柱形管内表面组装3D结构的概念图示。c）曲面平版印刷示意图。d）使用超声波雾化器的气溶胶喷射印刷技术的基本工作原理。

跨领域应用案例

医疗健康：可穿戴脉搏传感器、智能微针给药系统，实现生理信号精准监测与个性化治疗；消费电子：折叠屏材料、智能服装，兼具柔性与功能性；工业能源：机器人电子皮肤、曲面光伏电池，拓展电子设备应用场景。

图4. 可穿戴健康监测设备。a）传感器原理和血压测量示意图。b）脉搏传感器和可穿戴手表的原型。c）人体皮肤压热传导与加热热敏薄膜结合用于脉博压力测量的示意图。d）脉冲传感器的结构配置及恒温差（CTD）电路示意图。e）基于EMPA的压电容式传感器工作机理示意图。f）基于静电纺丝膜的摩擦电纳米发电机在5 N冲击力下的转移电荷密度。

图5. 智能服装。a）纤维电子编织的柔性键盘。b~d）衣服上缝有数字键盘和图案，用于拨号和调节电话屏幕的亮度和声音。e）交互式织物键盘的电路图。f）示意性地显示CLF的工作原理。g）模拟CLF的电场分布。

图6. 机器人电子皮肤。a）人类触觉反馈网络和仿生触觉系统之间的比较。b）液态金属e-Skin操纵的机械手的光学图像。c）机械手抓握物体时在操作员手套上产生的触觉反馈的光学图像。

作者简介

程文，南京大学副教授。他拥有南京大学电子科学与工程博士学位和合肥工业大学电子信息工程学士学位。2018年至2024年，他在新加坡国立大学材料科学与工程系担任博士后研究员。他的研究兴趣涵盖压力传感、感知材料、新型传感器机制和柔性电路的先进制造技术。

施毅，中国科学院院士，南京大学教授。1989年获南京大学物理系博士学位。他曾是英国剑桥大学的客座教授，曾访学日本仙台东北大学和美国加州大学伯克利分校。他的研究兴趣包括纳米电子学和纳米光电子学。

潘力佳，南京大学教授，lEEE高级会员，获得中国科学技术大学高分子物理学博士学位。他曾是斯坦福大学鲍哲南教授课题组的访问学者。他的研究兴趣包括导电聚合物和仿生电子学。

How to cite this article: J. Pan, W. Zhao, Y. Zhou, J. Wu, W. Cheng, Y. Shi, L. Pan, FlexMat 2025, 2, 341. https://doi.org/10.1002/flm2.70010

期刊介绍

FlexMat是由南京邮电大学柔性电子全国重点实验室与Wiley出版集团联合新创办的开放获取国际学术期刊，于2024年式出版发行。FlexMat创刊主编由中国科学院院士、俄罗斯科学院外籍院士、美国国家工程院外籍院士黄维院士担任；共同主编由新加坡材料研究院罗贤俊教授和南京邮电大学汪联辉教授担任；执行主编由南京邮电大学赖文勇教授担任；编委团队由来自世界各地的杰出专家学者组成。FlexMat主要刊载先进材料和柔性电子领域的最新材料科学研究进展，聚焦柔性电子功能材料，涉及材料、化学、生物、物理、光学工程、电子信息、生命科学和先进能源等学科交叉领域材料研究和应用最前沿，涵盖柔性电子、有机电子、塑料电子、印刷电子、生物电子、智能电子、能源电子、健康电子等方向的新材料、新概念和新应用。

期刊邮箱：flexmat@njupt.edu.cn

期刊官网：https://onlinelibrary.wiley.com/journal/28369106

投稿系统：https://authors.wiley.com/dashboard/journal?groupCode=FLM2

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