柔性PCB和互连在今天很常见，通常用于将笔记本电脑“主板”等硬件与显示屏或可折叠电子系统连接起来。但可拉伸电子设备呢？新研究展示了电子设计的可塑性。

柔性PCB的示例。

近年来，出现了关于第三种电路板和电子设备的讨论：可拉伸电子设备。可伸缩电子产品在研究领域呈上升趋势，随着可穿戴技术的普及，它们可能会在不久的将来成为商业产品。

在本文中，让我们讨论什么是可拉伸电子产品、挑战和应用，最后深入研究最近的研究。

可拉伸电子产品与Flex和Rigid-Flex有何不同

传统PCB有多种变体，包括刚挠结合设计，在刚性PCB元件和全柔性PCB之间的柔性基板上加入互连铜，并将整个系统焊接到柔性基板上。

板载系统组件的柔性PCB示例。

IPC-D（版）是有关的柔性和刚性-柔性PCB的表现IPC标准。然而，与通常可在单轴上弯曲的柔性PCB不同，可拉伸电子产品是一种可拉伸、可扭曲和可弯曲的开发中设计类。

信号互连、基板、传感器电极，甚至能量存储表面等结构都可以通过各种应变量拉伸，但仍保持其操作特性。

总的来说，要实现这些属性和它们可以应用的特定应用程序，需要克服各种挑战。

可拉伸电子产品的挑战和潜在应用

武汉大学研究员WeiWu于年发表的一篇综合论文概述了可拉伸电子产品的制造材料、挑战和进展，以及该技术的各种潜在或正在进行的应用。

Wu指出，实现弹性电子有两种主要方法，其中一种是使用固有可拉伸材料，如主要的聚（二甲基硅氧烷）（PDMS）。

实现导电性的一种方法是使用金属纳米线、碳纳米材料和聚合物，它们以各种配置嵌入可拉伸材料中，包括“波浪结构配置、岛状互连、分形设计和传统剪纸”。

该论文还涵盖了可拉伸电子产品的三个潜在领域：导体和电极、能量存储以及可拉伸和自愈的晶体管和传感器等印刷电子产品的开发。

扭曲状态下的柔性锂离子电池装置（a）和分解图（b）。

自从魏武的论文发表以来，正在进行的研究已经为可伸缩电子设备带来了几个重要的实现。接下来，让我们回顾一下最近发布的三个扩展了现代电子应用限制（双关语）的公告。

以手风琴为模型的MXene超级电容器？

最近的第一个消息来自美国化学学会(ACS)，重点介绍了一种由MXene纳米材料皱纹碳化钛制成的柔性超级电容器的开发。

超级电容器电极是通过在氢氟酸中分解MXene粉末以回收纯碳化钛纳米片层而开发的。这种材料被放置在一个%应变的聚合物上，如下所示（在静止框架中），然后当聚合物恢复静止时起皱。

使用两个MXene皱褶电极和作为电介质的聚乙烯（醇）-硫酸凝胶电解质来形成超级电容器。

MXene涂层超级电容器薄膜，位于拉伸表面的中心。

由此产生的皱折在电极表面形成了手风琴式结构，允许重复拉伸。研究人员表示，他们的超级电容器在经过次拉伸、弯曲或扭曲后仍能保持高达90%的储能容量。

次拉伸循环后各种厚度的MXene薄膜的结构。

MXene纳米材料被证明是非常通用的。例如，纳米材料也已成功用作织物中的EMI屏蔽材料。

从MXene纳米材料开始，让我们来看看使用一种导电薄膜突破刚性PCB极限的研究。

可变形导电膜可以代替刚性PCB吗？

此外，本月，由浦项科技大学的UnyongJeong教授领导的由三名研究人员组成的团队介绍了在可拉伸各向异性导电薄膜(S-ACF)上制作“可变形电路板”的想法。

该团队通过在名为SEBS-g-MA的共聚物中对金属颗粒进行图案化来开发这种材料。研究人员发现，它可以将所得材料与电子元件连接起来，以在子系统或设备之间产生导电性。

浦项大学研究人员的示例数据。

他们还指出，S-ACF材料可以图案化，以减少未使用的金属颗粒并增加聚合物表面。据称，与传统的各向异性薄膜相比，这种特性可提高拉伸性。

弹性皮肤电子使用导电纳米膜

最后，让我们看看设计用于“皮肤电子设备”的纳米膜的开发。

来自韩国首尔基础科学研究所(IBS)的HyeonTaeghwan教授和研究员KimDae-Hyeong开发了一种制造新材料的方法，据称该方法能够达到一系列具有挑战性的性能标准。

皮肤电子设备通常需要四个主要的功能参数：类似金属的导电性、可拉伸性、超薄和易于图案化。

他们创造了“浮动组装”方法，该方法考虑了在滴下液体复合材料以散布纳米材料时使用的Marangoni效应。然后通过滴下表面活性剂来填充材料。

构建纳米膜的基本过程。

据说这种方法取得的主要成功包括超薄橡胶膜，厚度为纳米，拉伸系数为10倍。

总体而言，该材料的可堆叠性和粘合特性可提供,S/cm的电导率。该材料还可以允许使用光刻进行图案化。

总而言之

可拉伸和柔性电子产品的世界不断发展壮大。随着材料的每一项新进步都可以创造出更好的电子产品，看到这项技术的下一步发展将是令人鼓舞的，尤其是在研究领域之外。