第一作者：Zhenlong Huang
通讯作者：Sheng Xu
通讯单位： 加州大学圣地亚哥分校
研究亮点：
1. 发展了一种具有优异层间电连接性能的3D集成可拉伸柔性电子器件体系。
2. 实现了多通道感测生命信号和人机交互界面的构建。
可拉伸柔性电子器件在医疗保健接口，电子消费产品和人机界面相关领域具有广泛的应用前景。目前，可拉伸电子器件通常采用大面积，低密度的单层设计，这种设计无法进行集成以达到功能的复杂性。
集成创建三维可拉伸电子器件，主要挑战在于，如何构建有效且可扩展的稳健层间电连接。
有鉴于此，加州大学圣地亚哥分校Sheng Xu课题组报导了具有稳定的层间电连接的3D集成可拉伸电子器件框架体系，实现了更高水平的功能集成。
图1. 四层可拉伸系统的设计和表征
研究人员在每层弹性体上通过转移印刷预先设计可拉伸电路，逐层构建可拉伸电子器件。通过激光烧蚀和受控焊接形成的垂直互连访问（VIA）以适应最先进的电路组件和功能。
每层采用岛桥设计，其中功能组件的岛（包括电极，传感器，模拟-数字转换器和微处理器）通过由具有蛇形形状的铜/聚酰亚胺双层制成的可拉伸桥连接。在这些层中，每一层之间存在低模量硅氧烷弹性体，充当绝缘层。这种结构设计可保护电路免受机械应力的影响，诱导应变主要集中在蛇形的互连上。因此，所制造的装置提供了一定程度的机械强度和拉伸性，可防止扭曲或戳刺等变形时的系统故障。
基于这个工程框架，研究人员创建了一个基于四层设计的可拉伸人机界面测试平台，并提供八个通道感应测试和蓝牙数据通信功能。研究人员将该系统应用于机器人手臂的无线控制，同时测量的加速度、角速度和肌电（肌肉的电活动）被无线传输到外部设备以控制远程位置。
该原理也可以应用于其他材料的集成，以实现更复杂的芯片和部件建造的可拉伸系统。基于此开发出可伸缩的，紧凑的多通道传感器，可用于从无线操作模式中提取人体的信号阵列。传感系统在智能连接医疗的发展、人机界面的无线控制以及更广泛的物联网方面都是有价值的。
图2. VIA制造和10层解吸可拉伸加热器展示
图3. 四层可拉伸装置的光学图像和操作数据
图4. 无线机器人手臂控制
总之，这项工作使柔性可拉伸电子器件的功能集成上了一个新台阶！
参考文献：
1. Three-dimensional integrated stretchable electronics[J]. Nature Electronics, 2018.
DOI: 10.1038/s41928-018-0116-y
https://www.nature.com/articles/s41928-018-0116-y
2. Stretchable electronics on another level[J]. Nature Electronics, 2018.
DOI: 10.1038/s41928-018-0120-2
https://www.nature.com/articles/s41928-018-0120-2#article-info
