柔性電子具有便攜性、透明、輕質(zhì)、可伸展/彎曲、以及易于快速大面積打印等特點(diǎn)，微流控技術(shù)是指在微觀尺寸下控制、操作和檢測復(fù)雜流體的技術(shù)。利用流體隨流道的任意變形能力，為柔性電子應(yīng)用提供了全新的解決方案。

微流體電路通過在硅橡膠基板嵌入微通道，將液態(tài)金屬充入橡膠基板微流道或者直接打印在基板表面。不同于常規(guī)電子，這些微流體電路具有固有的柔性，在自然拉伸狀態(tài)下依然能夠保持電子器件的功能。早期的液相電子包括惠特尼應(yīng)變計(jì)，在橡膠管道中填充水銀，通過超彈性拉伸可以改變水銀的電阻實(shí)現(xiàn)測量。利用相變液態(tài)金屬可實(shí)現(xiàn)可逆調(diào)節(jié)橡膠復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)剛度。在橡膠復(fù)合材料中嵌入低熔點(diǎn)Field’s金屬和電熱層，整個(gè)結(jié)構(gòu)的彈性模量可以出現(xiàn)4個(gè)量級的變化。目前液相電子器件已經(jīng)利用無毒的共晶鎵銦、鎵銦錫合金，以及其他基于鎵的合金替代水銀。

液滴開關(guān)精確控制開合，靈活調(diào)整頻率

長期以來，汞被看作唯一的一種可用的高導(dǎo)電液體。在許多微流控應(yīng)用中，將汞作為離散液滴來使用，開關(guān)就是其中的一種。液滴開關(guān)是較為簡單的微流控電子元件，可以通過液滴開關(guān)來控制其它元件，而此時(shí)各基礎(chǔ)元件之間的連接是必不可少。以具有彈性的微流體通道作為模具，向其中澆注高導(dǎo)電率的液體合金，則可以制作類似于傳統(tǒng)電子設(shè)備中的固態(tài)金屬線的連接，但這種連接在拉伸、彎曲、扭轉(zhuǎn)狀態(tài)下仍能保持良好的電學(xué)性能。

柔性微流控傳感器實(shí)現(xiàn)輻射危害實(shí)時(shí)監(jiān)控

如今，我們的身體暴露在各種各樣的電磁場中，測量這些電磁場并提醒在可能對人體健康帶來損害的強(qiáng)電磁場下工作的專業(yè)人員非常重要，尤其是孕婦等高危人群。軟輻射傳感器能夠在有損健康的環(huán)境中發(fā)出警告信號，這將解決上述問題。為了能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控各種生理參數(shù)，如體溫、心率、加速度、重力、機(jī)械壓力和運(yùn)動，自組織無線身體區(qū)域網(wǎng)絡(luò)將在未來醫(yī)療中發(fā)揮重要的作用。

然而，當(dāng)在較大的曲面或運(yùn)動件上工作時(shí)，普通的微縮傳感器的效果不好。因此，有必要開發(fā)新的大面積的可拉伸無線人體局域網(wǎng)。

國內(nèi)團(tuán)隊(duì)研發(fā)了基于微流控技術(shù)的大面積可逆拉伸無線壓力傳感器，其大小為110 mm×80 mm。該傳感器本身包含兩部分: 電壓用來控制波動以及產(chǎn)生共振微波信號; 天線用來轉(zhuǎn)換微波波動信號。并且還有一個(gè)接收器，用來檢測傳感器測得的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。兼容可變形人體以及人體電磁場干擾的基于柔性微流控?zé)o線傳感器系統(tǒng)是最吸引人的特點(diǎn)。

總結(jié)與展望 

得益于液態(tài)合金良好的流動性和高導(dǎo)電性，柔性微流控電子在加工工藝、應(yīng)用開發(fā)等方面都得到了很好的發(fā)展，預(yù)期在機(jī)器人表面皮膚設(shè)計(jì)、可穿戴電子設(shè)備、嵌入式電子設(shè)備、航天通信系統(tǒng)等領(lǐng)域?qū)a(chǎn)生廣泛影響。然而總體上來講，該領(lǐng)域還處在一個(gè)早期的發(fā)展階段，許多的認(rèn)識還停留在初期的階段，尤其是功能材料研發(fā)和力學(xué)可靠性等方面亟需更進(jìn)一步的探索，同時(shí)在器件 規(guī)模化應(yīng)用方面也需要有一個(gè)積極的突破口，從而帶動 更多更廣泛領(lǐng)域的研發(fā)人員的積極參與，迎接柔性電子所帶來的重大機(jī)遇與變革。 

文章整理自《柔性微流體電子：材料、工藝與器件》 尹周平、吳志剛、黃勇安