采编 | 奕帆

来源 | 人才头条

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近年来，柔性电子迅速兴起，在可穿戴电子产品、生物医药电子、软体机器人、人工智能等领域展现出非常广阔的应用前景。但是柔性电子走向应用也存在诸多问题，最主要的问题是人体组织和传统电子器件的力学和电学特性不匹配。

这一问题，在水凝胶这里得到了解答。水凝胶通常是指由高分子和水组成的三维交联网络聚集体，兼具高可拉伸性、高离子导电率、人体表皮力学兼容性，被广泛应用于组织工程、电子皮肤和人机界面等前沿领域。

因此，发展性能出色的水凝胶材料是柔性、可拉伸电子器件走向应用的重要途径。

在此背景下，张一洲研发出一种掺入MXene（Ti3C2Tx）的水凝胶复合材料，不仅提升了水凝胶材料的拉伸性和自愈合性，更进一步发现了全新的现象——表面运动识别。这种对水凝胶表面运动的方向与速度的识别，为涉及复杂运动信号的检测（如表情、脉搏、语音、签名等）提供了新的维度，为实现具有类似皮肤功能的多功能柔性传感提供了新的思路。

作为水凝胶力学传感器的重要里程碑，这项科研成果被发表在Science Advances之后受到世界范围内广泛关注，被Nature Middle East, New Scientists, Materials Today等权威科技媒体报道和高度评价。同时，张一洲也因该成果受到德国 Falling Walls 基金会邀请，作为来自60多个国家的100名创新者代表之一，在2018年的Falling walls大会上做了邀请报告。

近日，《人才头条》采访了张一洲，张教授在访谈中介绍了南京信息工程大学柔性电子（未来技术）研究院最新的研究成果，并重申了“柔性电子之父”黄维院士的发展目标：牢牢把握未来颠覆性科技创新机遇，打造“中国碳谷”基础上的柔性电子强国。

以下为采访实录

人才头条：张教授您好，请问您是从什么时候开始专注柔性电子行业，是怎样的契机让您选择了柔性电子研究？

张一洲：我本科毕业于南京大学化学化工学院匡亚明基地班，得益于基地班的跨学科培养模式，我在接受扎实化学训练的同时，也对物理、电子等学科产生了浓厚的兴趣，学习了不少相关领域的专业知识。本科毕业后，我有幸追随黄维院士攻读博士学位，在黄老师和赖文勇教授的指导下，我在可印刷电极的合成与柔性器件制备方面做了一些原创性的工作，多篇论文发表在领域的顶级期刊上，相关成果获得了高等学校科学研究优秀成果奖（科学技术）一等奖等奖励。博士毕业后我获博新计划支持，在国家杰青董晓臣教授的悉心指导下，开展柔性传感和储能方面的研究。

人才头条：了解到您曾在沙特阿卜杜拉国王科技大学开展博士后研究，请问在此期间有哪些柔性电子相关的研究成果？

张一洲：我曾在沙特阿卜杜拉国王科技大学HusamAlshareef教授课题组开展博士后研究，Husam课题组主要从事二维过渡金属碳/氮化物MXene材料的相关研究。基于国内所学，我为Husam课题组开辟了MXene打印以及MXene水凝胶柔性电子两个新方向，尤其在MXene水凝胶材料的柔性电子应用方面取得了一系列原创性成果。比如在2018年我们开发了一种基于MXene的复合水凝胶，可以低成本的实现多种复杂人体生理信号的高精度识别与实时检测，论文发表在国际著名期刊科学进展（ScienceAdvances）上，目前已被引用500余次，已获国际专利授权，该工作被认为在柔性传感领域具有里程碑意义。随后，我们进一步发掘这类材料在柔性电子领域的应用潜力，2020年我们实现了基于MXene水凝胶的纳米发电机，可以将超声波能量转化为电能，并可利用多种超声源，比如清洗、诊断、理疗等多种探头，可为植入电子设备远程充电。利用这一技术，有望实现一些科幻片中才有的场景，比如未来的心脏起搏器没电了就不需要做手术取出来换电池，而仅需做一次超声理疗即可充满电。又比如我们基于MXene水凝胶实现了通过跟踪与肌肉乳酸堆积相关的汗液pH值变化，来实时判断人体肌肉疲劳状态。

图源|受访者

人才头条：请您简单介绍一下南京信息工程大学柔性电子（未来技术）研究院，以及团队的主要研究方向和研究成果有哪些？

张一洲：回国之后我有幸加入了董晓臣教授带领的生物柔性电子研究团队，这个团队由我国柔性电子领域的专家黄维院士和董晓臣教授担任学术带头人，依托南京信息工程大学柔性电子（未来技术）研究院，紧扣信息材料与器件科学前沿，交叉融合材料、化学、生物、物理、信息、电子等多学科领域，重点开展柔性电子方向的原创性基础研究和应用研究，力争解决重大前沿科学难题，突破共性关键技术瓶颈，为国家和江苏省创新驱动发展战略提供智力支持。团队目前主要的研究方向是印刷柔性电子、生物光电子以及柔性储能，与国内外多所大学如沙特阿卜杜拉国王科技大学，南京邮电大学、南京工业大学、厦门大学、电子科技大学、西北工业大学、扬州大学、江苏师范大学等多个课题组建立了密切合作关系。团队成员主持多项柔性电子相关的科研项目。一个较为新颖的方向是通过3D打印技术实现水凝胶电子器件构筑与集成，深挖凝胶材料在柔性电子中的应用潜力，同时研究凝胶电子中的基本科学原理。另一方面，我们积极探索新型柔性印刷电子材料、器件与装备的开发与产业转化，目前已在柔性电磁屏蔽器、曲面喷墨打印、柔性储能等方向取得一定进展。

人才头条：作为一项技术革命，柔性电子产业将会引领哪些领域进行深度变革？

张一洲：当前国际电子信息技术的发展正处于重大变革期，传统电子器件正面临柔性化挑战。通俗来讲，柔性电子就是将有机、无机或者有机无机复合（杂化）材料沉积在柔性基底上，形成以电路为代表的电子（光电子、光子）元器件及集成系统的一门新兴交叉科学技术。柔性电子器件具备柔软、质轻、透明、便携、可大面积应用的特性，极大扩展了电子器件的适用范围。柔性电子技术可与人工智能、材料科学、泛物联网、空间科学、健康科学、能源科学和数据科学等关键核心科技深入交叉融合，进而引领信息科技、健康医疗、航空航天、先进能源等领域的创新变革，带动相关产业实现全新跨越。

人才头条：中国柔性电子产业目前发展状况怎样？有哪些成果和困难？

张一洲：目前，我国柔性电子产业在很多方面引领世界科技前沿。一些高校院所在柔性电子学领域具有长期工作基础，为柔性电子器件的设计与制造提供了重要的理论指导，对柔性电子学的理论完善和柔性电子产业的迅速发展具有重要支撑作用，有利于推进我国在电子信息产业领域的转型升级。例如包括我校南京信息工程大学在内的，西北工业大学、南京工业大学、南京邮电大学等多所高校，在黄维院士的引领和支持下，先后建立先进材料与柔性电子研究基地，取得了国际领先的研究成果。柔性电子产业发展前景广阔，以有机显示为例，它包括液晶显示、OLED显示以及基于钙钛矿材料的新型显示等。柔性电子在国防军工等领域也有较好的应用场景，如可以使单兵作战系统实现轻量化、便携式等性能，提高作战的机动性和隐蔽性。目前基于柔性电子技术的可变形手机、显示器、柔性光伏等产品已经走进人们的生活，但目前总体来说柔性电子产品化工业化的种类受限，成本高昂，尤其在医学诊疗领域的应用上还不够成熟。

图源|受访者

人才头条：中国的柔性电子产业和发达国家相比是否处于同一赛道？

张一洲：实际上，我国的柔性电子产业起步较早，在柔性电子产业发展方面具有一定程度的先发优势，并且在一些领域（如显示）起到了引领作用。大量原创性成果支撑了我国的引领地位，如黄维院士团队在有机光电子、柔性电子学科长期潜心研究，在有机光电p-n能带调控理论、蓝光核心材料、有机激光、有机电存储、生物光电子传感等方面取得了一大批极具国际影响力的科研成果，这些基础研究成果为我国柔性电子产业的迅速发展起到很好的支撑作用。目前，我国在全球柔性电子研究队列中处于第一方阵中的领头羊，部分西方国家，包括美国、韩国、日本、新加坡、英国和德国等都属于追随者。这也是在世界科学技术前沿领域中较少出现的一个由中国学者引领的方向。

人才头条：未来，我国柔性电子行业应该从哪些方面进行突破和发力？

张一洲：在新的科技与工业革命来临之际，颠覆性科技创新发展战略布局尤为重要，这是抢占先发优势、提升国家核心竞争力的必然选择。正如黄维院士所说，面对新一轮的科技革命和产业变革同我国转变发展方式的历史性交汇期，应牢牢把握未来颠覆性科技创新的机遇，加快“FAMISHED”等为代表的科学技术前沿领域的发展步伐。“FAMISHED”是指最有可能产生颠覆性技术创新的八大领域，包括柔性电子(Flexible Electronics)、人工智能(Artificial Intelligence)、材料科学(Materials Science)、泛物联网(Internet of Things)、空间科学(Space Science)、健康科学(Health Science)、能源科学(Energy Science)和数据科学(Data Science)。我国应在上述科学技术前沿的八大领域进行重点布局，以柔性电子行业为首位，加强基础研究与原始创新，掌握关键的核心技术，加速孕育颠覆性技术变革和群体性技术突破，提高我国相关学科原始创新和自主创新能力。习近平总书记指出：“要聚焦集成电路、新型显示、通信设备、智能硬件等重点领域，加快锻造长板、补齐短板，培育一批具有国际竞争力的大企业和具有产业链控制力的生态主导型企业，构建自主可控产业生态。”十四五以来，柔性电子领域孕育着巨大的科技创新和产业发展机遇，正在发展成为国家支柱主导产业。IDTechEx预测，2028年，“中国制造”柔性电子产业的市场规模预计达到3010亿美元，处于长期高速增长态势。发展柔性电子产业的关键在于人才支撑，基础在于研发聚焦，政策需要战略先导，核心在于企业支持。柔性电子领域需要国家重点布局，响应全球性的“双碳”目标，在碳基材料与光电过程结合的基础上，孕育以光电子产业为先导的柔性电子巨型产业，打造“中国碳谷”基础上的柔性电子强国。