让电子设备拥有“自愈”能力

来源：人民日报

韩国成均馆大学与基础科学研究所联合团队近期在柔性电子领域取得突破：他们开发出一种自愈型半导体材料，其制成的电子元件不仅可拉伸、可重组，还能在受损后像生物组织一样自我修复。这项技术可为下一代可穿戴与可植入医疗设备开辟新思路。

由于机械疲劳、外部冲击、环境侵蚀等因素，现有的柔性电子元件一旦受损，往往就会逐渐失去功能，需整体更换。此次韩国团队利用具有优异绝缘性和生物相容性的自愈聚合物基板，开发出具备柔韧性和自愈能力的柔性晶体管与电路。测试结果显示，这些晶体管在植入活体动物体内后，可长时间保持稳定的电学性能。“晶体管的电极、半导体层、绝缘膜等所有核心组件均以自愈合高分子材料构建，即使受损也能自行复原机械、电气特性，实现长期稳定工作。”韩国成均馆大学电子电气工程系教授孙东熙在接受本报记者采访时表示。

该技术还首次将自愈合特性从单一元器件拓展至模块化电路系统。研究团队设计出标准化的自愈合晶体管、触觉传感器和微型发光单元，可像“电子乐高”一样自由拆解、重新组合，按需构建传感器阵列、逻辑电路甚至简易显示系统。例如，可根据用户的偏好或需求量身定制，也可以在性能显著下降时利用即插即用附件进行拆卸更换。“此前虽然也有自愈合材料和单个元器件的研究，但将其扩展到电路和模块水平，整合成电子皮肤系统尚属首次。”孙东熙说。

这一新材料在水中及动物体内环境也可保持性能稳定。通常，柔性电子元件在水或体液中容易性能衰减，但该半导体在动物体内植入后，仍能稳定工作一周以上，电学特性无明显退化，已通过活体实验证实。

对于自愈型半导体的未来应用，孙东熙表示，其前景十分广阔，尤其在医疗和健康领域潜力巨大。在神经科学和临床医学中，可开发高密度接口设备，监测和处理大脑、脊髓、外周神经及心脏组织产生的生物信号，有望应用于脑神经疾病治疗、心律调控和器官移植后的长期监测。在可穿戴设备方面，新一代电子皮肤将更加舒适、耐用，能根据用户活动或环境变化动态调整电路结构，实现真正个性化的智能系统。此外，由于器件受损后可自行修复，无需频繁更换，有助于减少电子垃圾，并降低医疗成本。

对于柔性电子技术的发展意义，中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所研究员张珽表示，随着以人形机器人等为载体的具身智能技术在全球范围内兴起，以柔性触觉传感器、柔性生理电电极等为代表的一系列柔性电子器件，将会得到进一步发展并逐渐走向大规模应用。但在实际的复杂或特定使用场景中，柔性的特征同样也会带来易损伤、易腐蚀、环境稳定性差等问题，极大影响电子器件长期使用效果及寿命。此次韩国研究团队受人体皮肤这一天然“柔性器件”启发，研制具有模块级水平的可拉伸、可重组、可自动修复的柔性晶体管与电路器件，在植入体内等使用条件下仍能稳定工作一周以上，且电学特性无明显退化，显示出了优异的复杂环境应用适应性，这将为柔性电子技术进一步拓展应用空间提供有力的技术保障。

孙东熙同时指出，要实现产业化仍需解决几个关键问题：一是提升电气性能，特别是提高半导体的载流子迁移率和电极导电性，以支持高速电路运行；二是优化制造工艺，推动实验室技术向标准化、低成本的大规模生产转化；三是进一步验证材料在人体内的长期生物相容性和安全性——尽管动物实验已取得积极成果，但人体应用仍需更全面、更长期的评估。