柔性材料(六院院士黄维谈柔性电子，为实现“双碳”目标提供路径与支持)

Posted 2023-05-29

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柔性材料(六院院士黄维谈柔性电子，为实现“双碳”目标提供路径与支持)

在“中国新材料产业高峰论坛——第三届中国新材料产业发展大会暨2021‘科创中国’新材料专家、技术、需求推介会”上，中国科学院院士黄维表示，柔性电子作为一种其性能与传统微电子相当的全新技术领域，对改变全球经济、利益和安全格局具有重大意义。

1、颠覆性创新核心领域首位就是柔性电子

黄维表示，在国家颠覆性创新核心领域中，首位就是柔性电子技术。柔性电子产业是基于碳基材料与光电过程高度融合基础上形成的一个未来产业。颠覆性技术核心就是引领性，其一定是建立在长期基础研究的背景下，实现的原始创新、重大突破。而这种技术带动的产业将会为从业人员、企业家和投资人带来超高的产业附加值。

“柔性电子的概念是什么？它与未来信息芯片、新型装备、电子器件创新都有关系，这些创新都有赖于柔性电子的发展。”在黄维看来，增材制造是柔性电子能够加快发展的核心。柔性电子学最初进入视野的是在显示领域的应用，柔性显示领域利用了柔性电子柔软、透明、质轻、曲面等特性，柔性电子的应用最早起步于显示产业，今后在该领域依然有巨大的发展空间，例如第四代显示Pled（高分子发光二极管）。“我们团队在2021年突破了EQE为22.2%的近红外钙钛矿LED，有些成果已进入产业化的阶段。”

2、柔性电子拥有巨大的发展潜力

到底什么是柔性电子？黄维认为，所谓的柔性电子学实际上就是有机、无机或者有机无机复合（杂化）材料沉积于以塑料为代表的柔性基地上，形成以电路为代表的电子（光电子、光子）元器件及其集成系统的一门新兴、交叉科学技术。“它突出的特征就是具有可变性、便携式、质量轻、可穿戴等特性，现在这些词汇在科学技术前沿都是非常活跃的。”

柔性电子学是一门高度交叉融合的颠覆性科学技术，柔性电子起源于有机电子和塑料电子，属于一级学科。目前，已逐步拓展到生物电子、印刷电子、能源电子和健康电子等多个二级学科和前沿技术领域，并与《中华人民共和国学科目录》中14个门类中的二十多个学科都存在跨领域密切关系。

他表示：“有机电子下面包括有机显示、有机传感、有机照明、有机存储、有机能源等。液晶是传统的有机显示，不是自主发光的材料体系，OLED（有机电激光显示）是自主发光材料体系基础上的显示技术，它的性能更优越，这是一项新兴的技术。”

目前柔性电子学的研究领域包括柔性显示与照明、柔性光伏与储能、柔性传感与监测、柔性逻辑与存储等。黄维认为，柔性光伏和储能研究能很好地与“双碳”目标结合，推出更加富有建设性的、更加积极的解决方案，可以为降碳固碳和能源发展提供更多技术路径与支持。

目前实现“双碳”目标是全球大势所趋，《能源技术革命创新行动计划（2016~2030年）》指出，面向国家重大能源战略需求，柔性电子领域下的钙钛矿光伏技术的不断提高成为廉价能源的重要推力。另外，柔性电子在传感和探测等领域同样有巨大的发展空间。

黄维还指出：“柔性电子具有广阔市场，市场规模迅速扩张，正在成为国家支柱与主导产业。据IDTechEx（英国知名研究公司）预测，柔性电子产业将在2028年达到3010亿美元，处于长期高速增长的态势。”

鉴于柔性电子巨大的发展潜力，各国纷纷出台研究计划。柔性电子已经成为世界科技的前沿和研究热点。黄维分析了我国的柔性电子产业发展现状，指出我国的柔性电子产业起步较早，发展迅猛，在几大省份均已成立相关前沿研究中心和高水平实验室，“不过做得还不够，还需要继续发展”。

黄维指出，在我国，柔性电子的应用最早在国防军工领域，现在已经开始逐步进入航天航空、公共安全、健康医疗、泛互联网中。“因为泛物联网离不开感知，也就是有柔性电子巨大的空间。还有人工智能，如果没有柔性电子的加快发展步伐，也不会这么快进入成熟的发展阶段。”

3、高端成果不断涌现

近年来，黄维团队在原始创新的基础上高端成果涌现，代表性成果包括面向柔性显示的钙钛矿发光、全无机钙钛矿纳米晶闪烁体、面向柔性能源的钙钛矿光伏、有机长余辉发光、基于生物医学光子学纳米平台的癌症诊断和治疗等。黄维的团队有数十位国家级人才，正聚焦在柔性电子创新链的瓶颈——材料和工艺上。

近年来，超长有机磷光（UOP）引起了人们的广泛关注。UOP材料主要局限于晶体或刚性主—客体系统，但其较差的加工性能和力学性能，严重阻碍了实际应用。黄维及团队研究了一系列具有高力学强度的超长磷光泡沫，该泡沫在室温下的磷光寿命可达485.8ms。他和团队还打造了柔性电子领域国内外相关平台，有高端学术会议、学会，还有《npj - 柔性电子》杂志，已经办了两年多。另外一个杂志是中国科协的旗舰刊物Research期刊，主要学科领域就是先进能源、先进材料。

他介绍道：“今年是团队的产业化元年，我们也在加快与国内企业的合作。我早些年在新加坡的一位博士生进入了工业界，创立了自己的公司，一直致力于OLED（有机电激光显示）核心材料国产化。我们有21种材料性能不输给进口材料，但是如何进入终端企业进行制造，这是一个问题，远非技术创新本身能够解决的。我们在动态X线成像等方面在努力，还努力扩展核心材料在汽车工业中的应用，已经有三家车企和我们的团队合作，以实现规模应用。”

4、柔性电子产业将迎来机遇

黄维认为，要想获得大的发展就要去发展新的产业，也就是由中国人去开拓、开道，柔性电子作为新兴产业，可以引领科技创新带来巨大的机遇。

柔性电子产业创新链的过程，从材料、器件、工艺到装备每个方面都存在着挑战，尤其是装备，“需要聚焦柔性电子创新链的瓶颈，重点突破核心关键技术，这是我们和其他研究团队正在做的事情”。要实现柔性电子强国的目标，黄维说，如原材料的研发和制造能力还需要进一步加强。我国在装备方面能推出一些中高端的产品，但是所有的原料和装备都是进口的，甚至核心技术员工多数也来自海外。

“事业的发展，关键在人。这方面的问题需要人们进一步去深入思考，高校应该注重去培养这方面的人才。另外，推动柔性电子产业的发展应该由政府发挥主导作用，在国家实验室建设中也应该有柔性电子的空间。”

黄维说，柔性电子是智能的关键核心科技，是我国在科学技术前沿具有一定比较优势的研究领域。“在柔性电子领域最活跃的500个研究者中，中国的研究者占了一半以上，前十名里有七八人都是中国人，其他学科很难有这样的一个优势。我国在柔性电子关键方面取得的创新突破，已经站在了产业化的前沿，希望有识之士能够积极投身该产业。”

另外，他还认为，实现柔性电子强国的目标，需要打造规模庞大的全球化柔性电子产业体系、全球领先水平的核心产业集群、全球尖端的原材料研发及制造能力、世界前沿的技术创新及产业化工艺改造能力、世界一流的支撑性装备行业等。“做强柔性电子产业策略有四个重点：关键在于人才支撑，基础在于研发聚焦，政策需要战略先导，核心在于企业为王。在柔性电子产业模式方面，需要推动一体化，通过创新链部署产业链，通过产业链完善资本链，通过资本链促进创新链。”

个人名片

黄维，中国科学院院士，同时为俄罗斯科学院外籍院士、亚太材料科学院院士、东盟工程与技术科学院外籍院士、巴基斯坦科学院院士、欧亚科学院院士、亚太工程组织联合会主席，是全球最早一批从事柔性电子研究并长期活跃在柔性电子学领域前沿的顶尖学者。其创办并任自然出版集团合作期刊《npj - 柔性电子》主编、Research期刊（中国科协与Science合作期刊）主编。黄维的主要研究领域为纳米材料与技术和有机电子与器件等。近年来，他和团队在原始创新的基础上高端成果涌现，代表性成果包括面向柔性显示的钙钛矿发光、全无机钙钛矿纳米晶闪烁体、面向柔性能源的钙钛矿光伏、有机长余辉发光、基于生物医学光子学纳米平台的癌症诊断和治疗等。