柔性电子:相变存储器、MXene超级电容器和导电薄膜。
灵活，低功耗相变存储器
斯坦福大学的工程师们发明了一种柔性相变存储器．
非易失性相变存储装置由锗、锑和碲(GST)在两个金属电极之间组成。1和0表示GST材料中的电阻测量值。
“一个典型的相变存储设备可以存储两种电阻状态:高电阻状态0和低电阻状态1，”斯坦福大学博士候选人Asir Intisar Khan说。“利用电极产生的电脉冲产生的热量，我们可以在纳秒内从1切换到0，然后再切换回来。”
然而，在状态之间切换通常需要大量的功率，所需的热量可以熔化大多数柔性基板。为了降低功耗并使该设备与柔性设备兼容，研究小组发现，具有低导热性的塑料基板可以帮助减少存储单元中的电流流动，使其高效运行。
斯坦福大学电气工程教授Eric Pop说:“我们的新设备在柔性衬底上降低了10倍的编程电流密度，在刚性硅上降低了100倍。”“我们的秘密酱汁有三种成分:由纳米级记忆材料层组成的超晶格，一个孔细胞(我们将超晶格层塞进的纳米级孔)，以及一个隔热的柔性基底。它们一起显著提高了能源效率。”
由镊子夹住的柔性相变存储器衬底(左)，对角线序列显示衬底被弯曲的过程。(来源:水晶纳图)
Khan还指出，新设备具有多种电阻状态，每种状态都能够存储内存。“典型的相变存储器有两种电阻状态，高和低。我们编程了四种稳定的电阻状态，而不仅仅是两种，这是迈向灵活内存计算的重要第一步。”
斯坦福大学博士后学者Alwin Daus表示，这种灵活、低功耗、低成本的内存可以实现物联网传感器的设备上处理。“传感器对电池寿命有很高的限制，收集原始数据发送到云端是非常低效的。如果你能在本地处理需要内存的数据，这将对实现物联网非常有帮助。”
“相变存储器最大的吸引力在于速度，但电子产品的能源效率也很重要，”波普补充道。“这不仅仅是事后的想法。我们所能做的任何低功耗电子产品和延长电池寿命的事情都将产生巨大的影响。”
柔性MXene超级电容器
南京大学的研究人员建立了一个柔性超级电容器电极由褶皱碳化钛制成，在重复拉伸后仍能保持其储存和释放电荷的能力。
碳化钛是一种MXene纳米材料，由于多层纳米片产生的大表面积，它在储能设备方面显示出了前景。然而，为了使它们变得灵活，需要添加聚合物和其他纳米材料来防止断裂，从而降低存储容量。
为了克服这一限制，研究小组将原始的碳化钛MXene薄膜变形成手风琴状的脊状，看看这是否能保持电极的电学性能，同时增加超级电容器的灵活性和可拉伸性。
研究人员用氢氟酸将碳化钛铝粉末分解成薄片，并在过滤器上捕捉到纯碳化钛纳米片的层状结构。然后，他们把薄膜放在一块预拉伸的丙烯酸弹性体上，弹性体的大小是放松状态下的800%。当研究人员释放聚合物时，它收缩到原来的状态，粘附的纳米片皱褶成手风琴状的皱纹。
最初的实验发现，最好的电极是由3微米厚的薄膜制成的，这种薄膜可以反复拉伸和放松而不会损坏，也不会改变其存储电荷的能力。通过在一对可拉伸的碳化钛电极之间夹入聚乙烯醇-硫酸凝胶电解质，这种方法被用于制造超级电容器。
在测试中，该超级电容器显示出高能量容量，与其他基于mxene的超级电容器相当，但它也具有极高的拉伸能力，可达800%，而纳米片不会开裂。在拉伸1000次或弯曲或扭曲后，它仍能保持约90%的储能容量。
弹性导电膜
浦项科技大学(POSTECH)的研究人员开发了一种可变形导电膜可以用来连接柔性电子设备。
该可拉伸各向异性导电膜(S-ACF)是通过将金属颗粒按规则间隔排列在可扩展嵌段共聚物SEBS-g-MA中而制成的，无论线路的刚性、灵活性或弹性如何，都能在物理上和电上连接其他电极。
SEBS-g-MA中的马来酸酐能使基材之间发生化学键合，在低温下产生强附着力。研究人员证实，当将S-ACF放置在两个基底之间的接触界面上，经过温和温度(80°C)处理约10分钟后，可以有效地形成电和物理连接。
研究人员说，S-ACF可以有选择性地排列，使粒子排列在所需的部分。这将使他们能够在不需要电连接的区域增加聚合物接触面，以增加结合强度并减少金属颗粒的使用。该薄膜具有延展性，可实现高分辨率电路连接(50μm)、低温加工和可扩展性生产。
浦项科技大学的Unyong Jung教授说:“这种薄膜使未来的连接设备具有更复杂的结构。”“我希望它能作为一个发射台，将可拉伸器件集成和制造到一个基板和集成系统中。”
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