柔性電子具有便攜性、透明、輕質(zhì)、可伸展/彎曲、以及易于快速大面積打印等特點，微流控技術(shù)是指在微觀尺寸下控制、操作和檢測復雜流體的技術(shù)。利用流體隨流道的任意變形能力，為柔性電子應用提供了全新的解決方案。

微流體電路通過在硅橡膠基板嵌入微通道，將液態(tài)金屬充入橡膠基板微流道或者直接打印在基板表面。不同于常規(guī)電子，這些微流體電路具有固有的柔性，在自然拉伸狀態(tài)下依然能夠保持電子器件的功能。早期的液相電子包括惠特尼應變計，在橡膠管道中填充水銀，通過超彈性拉伸可以改變水銀的電阻實現(xiàn)測量。利用相變液態(tài)金屬可實現(xiàn)可逆調(diào)節(jié)橡膠復合材料的結(jié)構(gòu)剛度。在橡膠復合材料中嵌入低熔點Field’s金屬和電熱層，整個結(jié)構(gòu)的彈性模量可以出現(xiàn)4個量級的變化。目前液相電子器件已經(jīng)利用無毒的共晶鎵銦、鎵銦錫合金，以及其他基于鎵的合金替代水銀。

液滴開關(guān)精確控制開合，靈活調(diào)整頻率

長期以來，汞被看作唯一的一種可用的高導電液體。在許多微流控應用中，將汞作為離散液滴來使用，開關(guān)就是其中的一種。液滴開關(guān)是較為簡單的微流控電子元件，可以通過液滴開關(guān)來控制其它元件，而此時各基礎(chǔ)元件之間的連接是必不可少。以具有彈性的微流體通道作為模具，向其中澆注高導電率的液體合金，則可以制作類似于傳統(tǒng)電子設(shè)備中的固態(tài)金屬線的連接，但這種連接在拉伸、彎曲、扭轉(zhuǎn)狀態(tài)下仍能保持良好的電學性能。

柔性微流控傳感器實現(xiàn)輻射危害實時監(jiān)控

如今，我們的身體暴露在各種各樣的電磁場中，測量這些電磁場并提醒在可能對人體健康帶來損害的強電磁場下工作的專業(yè)人員非常重要，尤其是孕婦等高危人群。軟輻射傳感器能夠在有損健康的環(huán)境中發(fā)出警告信號，這將解決上述問題。為了能實現(xiàn)遠程實時監(jiān)控各種生理參數(shù)，如體溫、心率、加速度、重力、機械壓力和運動，自組織無線身體區(qū)域網(wǎng)絡(luò)將在未來醫(yī)療中發(fā)揮重要的作用。

然而，當在較大的曲面或運動件上工作時，普通的微縮傳感器的效果不好。因此，有必要開發(fā)新的大面積的可拉伸無線人體局域網(wǎng)。

國內(nèi)團隊研發(fā)了基于微流控技術(shù)的大面積可逆拉伸無線壓力傳感器，其大小為110 mm×80 mm。該傳感器本身包含兩部分: 電壓用來控制波動以及產(chǎn)生共振微波信號; 天線用來轉(zhuǎn)換微波波動信號。并且還有一個接收器，用來檢測傳感器測得的實時數(shù)據(jù)。兼容可變形人體以及人體電磁場干擾的基于柔性微流控無線傳感器系統(tǒng)是最吸引人的特點。

總結(jié)與展望 

得益于液態(tài)合金良好的流動性和高導電性，柔性微流控電子在加工工藝、應用開發(fā)等方面都得到了很好的發(fā)展，預期在機器人表面皮膚設(shè)計、可穿戴電子設(shè)備、嵌入式電子設(shè)備、航天通信系統(tǒng)等領(lǐng)域?qū)a(chǎn)生廣泛影響。然而總體上來講，該領(lǐng)域還處在一個早期的發(fā)展階段，許多的認識還停留在初期的階段，尤其是功能材料研發(fā)和力學可靠性等方面亟需更進一步的探索，同時在器件 規(guī)模化應用方面也需要有一個積極的突破口，從而帶動 更多更廣泛領(lǐng)域的研發(fā)人員的積極參與，迎接柔性電子所帶來的重大機遇與變革。 

文章整理自《柔性微流體電子：材料、工藝與器件》 尹周平、吳志剛、黃勇安