在電子元器件制造領(lǐng)域，一場(chǎng)靜默的革命正在發(fā)生。傳統(tǒng)的剛性、永久性電子器件正逐步讓位于一種全新的概念——柔性瞬態(tài)電子器件。這種器件不僅具備優(yōu)異的柔韌性，能夠適應(yīng)復(fù)雜的生物體表面或曲面，更關(guān)鍵的是，它們能夠在完成既定功能后，在特定的環(huán)境（如水或生物體液）中安全、可控地溶解或降解，從而實(shí)現(xiàn)“電子消失術(shù)”。一系列突破性的加工新技術(shù)涌現(xiàn)，使得低成本、大規(guī)模制造這類生物可溶性電路從科幻般的構(gòu)想變?yōu)橛|手可及的現(xiàn)實(shí)。
一、 核心技術(shù)突破：從材料到工藝的革新
柔性瞬態(tài)電子器件的實(shí)現(xiàn)，核心在于兩大支柱：瞬態(tài)（即可降解）材料體系與匹配的新型加工技術(shù)。
- 材料創(chuàng)新：研究人員開發(fā)出了多種生物相容、可水解或酶解的材料作為基底、封裝層和導(dǎo)體。例如，使用聚乳酸（PLA）、聚己內(nèi)酯（PCL）等可降解聚合物作為柔性基底；使用鎂、鋅、鎢、硅等超薄金屬薄膜或可降解導(dǎo)電聚合物作為導(dǎo)線和電極；使用絲素蛋白、氧化鎂等作為絕緣和封裝材料。這些材料在潮濕環(huán)境或特定生理?xiàng)l件下，會(huì)按預(yù)設(shè)的時(shí)間尺度分解為無(wú)毒或低毒的小分子，被人體代謝或環(huán)境吸收。
- 加工技術(shù)革新：傳統(tǒng)微電子加工工藝（如光刻、蝕刻）通常成本高昂、環(huán)境苛刻，且與許多敏感的可降解材料不兼容。新技術(shù)的重點(diǎn)在于低成本、溫和、增材制造。
- 轉(zhuǎn)印與打印技術(shù)：通過(guò)彈性體印章（如PDMS）將預(yù)制的超薄功能層（納米膜）精準(zhǔn)轉(zhuǎn)印到可降解柔性基底上，或者直接使用導(dǎo)電墨水進(jìn)行噴墨打印、氣溶膠噴印，實(shí)現(xiàn)了電路圖案的快速、定制化制造。
- 激光直寫與燒蝕：利用激光的高精度和可控性，直接在可降解材料薄膜上誘導(dǎo)產(chǎn)生導(dǎo)電通路（如激光誘導(dǎo)石墨烯），或進(jìn)行微細(xì)切割成型，工藝靈活且無(wú)需掩膜。
- 溶液處理與自組裝：利用旋涂、浸涂等方法制備均勻薄膜，結(jié)合低溫退火工藝，避免高溫對(duì)可降解材料的破壞。分子自組裝技術(shù)則能構(gòu)建高度有序的納米結(jié)構(gòu)，提升器件性能。
- “剪紙”與折紙藝術(shù)啟發(fā)：結(jié)合預(yù)拉伸基底與精密切割，制造出可拉伸、可扭曲的復(fù)雜三維瞬態(tài)電路結(jié)構(gòu)。
這些技術(shù)大幅降低了制造門檻和設(shè)備依賴，使得在常規(guī)實(shí)驗(yàn)室甚至未來(lái)在醫(yī)療點(diǎn)進(jìn)行定制化生產(chǎn)成為可能。
二、 低成本制造如何成為可能？
- 材料成本降低：所使用的可降解聚合物和特定金屬，大多來(lái)源廣泛、價(jià)格顯著低于傳統(tǒng)硅基和高純度貴金屬材料。
- 工藝簡(jiǎn)化與整合：增材制造和打印技術(shù)減少了光刻、真空鍍膜等多達(dá)數(shù)十道的復(fù)雜步驟，節(jié)約了時(shí)間、能耗和昂貴的光刻掩膜版費(fèi)用。
- 環(huán)境要求寬松：許多新工藝可在室溫或低溫、常壓下進(jìn)行，降低了對(duì)超凈間和大型真空設(shè)備的依賴，減少了基礎(chǔ)設(shè)施投資。
- 設(shè)計(jì)與應(yīng)用的定制化：柔性電子本身適合卷對(duì)卷（R2R）等連續(xù)生產(chǎn)工藝，結(jié)合數(shù)字化設(shè)計(jì)（如CAD）與直接打印，能夠?qū)崿F(xiàn)小批量、多品種的低成本快速原型開發(fā)與生產(chǎn)，特別適合醫(yī)療植入物等個(gè)性化需求強(qiáng)烈的領(lǐng)域。
三、 應(yīng)用前景：生物可溶性電路的無(wú)限潛能
低成本制造技術(shù)的突破，為生物可溶性電路打開了廣闊的應(yīng)用大門：
- 生物醫(yī)學(xué)工程：這是最直接且影響深遠(yuǎn)的領(lǐng)域。可植入的瞬態(tài)血壓傳感器、神經(jīng)信號(hào)監(jiān)測(cè)與刺激器件、藥物精準(zhǔn)控釋芯片、智能骨釘?shù)龋谛g(shù)后監(jiān)測(cè)或治療周期結(jié)束后無(wú)需二次手術(shù)取出，極大降低了患者痛苦和感染風(fēng)險(xiǎn)。作為可吸收的“電子藥物”，它們能實(shí)現(xiàn)治療與監(jiān)測(cè)一體化。
- 環(huán)境監(jiān)測(cè)：部署于自然環(huán)境中的一次性傳感器網(wǎng)絡(luò)，在完成數(shù)據(jù)收集（如水質(zhì)、土壤成分）后可自行降解，避免電子垃圾污染。
- 安全硬件與保密通信：用于軍事或商業(yè)敏感信息的存儲(chǔ)設(shè)備，在特定條件下快速物理銷毀，確保信息安全。
- 可持續(xù)消費(fèi)電子：為短期活動(dòng)（如大型賽事、展覽）設(shè)計(jì)的臨時(shí)性電子標(biāo)簽、顯示設(shè)備，活動(dòng)結(jié)束后可無(wú)害化處理，促進(jìn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)。
四、 挑戰(zhàn)與未來(lái)展望
盡管前景光明，該領(lǐng)域仍面臨挑戰(zhàn)：器件性能（如運(yùn)算速度、集成度）目前仍無(wú)法與成熟硅基芯片媲美；降解速率和完整性的精確控制需進(jìn)一步優(yōu)化；長(zhǎng)期生物相容性與安全性需要更嚴(yán)格的驗(yàn)證標(biāo)準(zhǔn)。
研究將聚焦于開發(fā)更高性能的可降解半導(dǎo)體材料、實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜多層電路的集成、以及建立標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)模化的低成本制造平臺(tái)。隨著材料科學(xué)、微納加工與生物醫(yī)學(xué)的深度融合，柔性瞬態(tài)電子器件有望催生一個(gè)全新的“隨用隨消”的電子生態(tài)系統(tǒng)，從根本上改變我們?cè)O(shè)計(jì)與處理電子設(shè)備的方式，為醫(yī)療健康、環(huán)境保護(hù)和信息安全帶來(lái)顛覆性的解決方案。低成本制造技術(shù)的成熟，正是推開這扇未來(lái)之門的關(guān)鍵鑰匙。
