隨著柔性材料和加工技術(shù)的發(fā)展，柔性電子皮膚被視為下一代可穿戴電子設(shè)備的“新載體”。運(yùn)用柔性電子設(shè)備結(jié)合無(wú)線通信技術(shù)可以提高信號(hào)采集的準(zhǔn)確性和多樣性，在臨床檢測(cè)和精準(zhǔn)醫(yī)療中有巨大應(yīng)用潛力。

然而，柔性電路工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生并積累焦耳熱，導(dǎo)致人體佩戴不舒適甚至面臨皮膚燒傷的風(fēng)險(xiǎn)。此外，戶外溫度、光線以及對(duì)流效應(yīng)同樣會(huì)對(duì)柔性傳感系統(tǒng)的信號(hào)采集造成干擾。因此，開發(fā)可以與柔性電子設(shè)備良好結(jié)合的柔性材料，實(shí)現(xiàn)器件散熱、抗環(huán)境干擾等功能成為目前國(guó)際學(xué)界及工業(yè)界關(guān)注的前沿課題。現(xiàn)有的熱管理技術(shù)主要以基于熱傳導(dǎo)和熱對(duì)流的方式進(jìn)行散熱，但是這些散熱模塊因?yàn)樽陨眢w積、重量以及剛性等限制而不適用于可穿戴柔性電子設(shè)備中。

為了解決以上難題，研究人員提出了一種基于超薄、柔性、自冷卻降溫界面（簡(jiǎn)稱降溫界面）的通用熱管理技術(shù)。降溫界面由具有高紅外發(fā)射的高分子聚合物（聚苯乙烯丙烯酸）和三種功能填充劑（二氧化鈦納米顆粒，二氧化硅微球，熒光顏料顆粒）構(gòu)成，可通過簡(jiǎn)單的加工方式（比如旋涂、噴涂）與柔性皮膚電子設(shè)備集成以實(shí)現(xiàn)輻射降溫及非輻射散熱。

圖1.（A）超薄、柔性、自冷卻降溫界面的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及集成方式，（B）降溫界面貼合手腕、手掌的光學(xué)圖片，（C）集成降溫界面的柔性電子設(shè)備中的熱交換方式。

實(shí)驗(yàn)表明集成該降溫界面的柔性電子設(shè)備在熱管理方面表現(xiàn)出明顯改善：0.6毫米厚度的降溫界面可使器件的工作溫度降低高達(dá)56攝氏度。降溫界面固有的柔性特征允許其作為電子設(shè)備封裝層，即使在彎曲、拉伸等形變狀態(tài)下也能進(jìn)行冷卻；同時(shí)，穩(wěn)定、快速的被動(dòng)降溫方式不需要額外功耗，進(jìn)一步提升了柔性器件的工作效率（比如柔性顯示系統(tǒng)的工作效率提升了27%）。

圖2.（A）集成不同封裝厚度和面積的降溫界面對(duì)柔性器件基底溫度的變化影響，（B）柔性器件在彎折、扭轉(zhuǎn)、折疊情況下工作時(shí)的紅外圖片。

除了電子器件內(nèi)部散熱，該降溫界面對(duì)于環(huán)境中的熱源具有優(yōu)秀的抗干擾效果。高反射率的界面可以使柔性器件在戶外人體信號(hào)監(jiān)測(cè)過程中減少太陽(yáng)光照射的影響，同時(shí)相對(duì)低的熱導(dǎo)率可以減少器件在環(huán)境變化過程中的溫度波動(dòng)，從而提高信號(hào)檢測(cè)的穩(wěn)定性。

圖3.（A）集成降溫界面的柔性器件在室內(nèi)/外的溫度變化，（B）柔性生理信號(hào)（PPG）監(jiān)測(cè)器件在戶外時(shí)的光學(xué)、紅外圖像，（C）在不同檢測(cè)環(huán)境下的PPG（光電容積脈搏波描記法）信號(hào)的波形圖像。

因此，運(yùn)用超薄、柔性、自冷卻降溫界面為柔性電子設(shè)備提供了有效的熱管理策略，在高集成、多功能、微型化柔性電子器件的制備中具有巨大的應(yīng)用潛力。

審核編輯 ：李倩