传统柔性聚合物材料很难在高温下工作，即便是经过特殊合成的PI工作温度一般也不超过400℃。陶瓷材料一般认为是能够在超高温以及反应性气氛中物理化学稳定，具有良好的抗氧化、抗热震和抗烧蚀的能力。尽管超薄的陶瓷薄膜也可以用来制备可轻度弯曲的电子器件，然而陶瓷材料固有的脆性限制了其在柔性电子领域的应用。同普通的块状材料相比，纳米陶瓷结构表比面积大，长径比高从而具有弯曲的能力，缠绕的纤维网络结构进一步增强了材料可承受应变的能力。直接堆集的蓬松陶瓷纤维缺乏有序结构设计和纤维之间的稳定交联，导致可承受应变的能力有限，将陶瓷纤维定向排布成有序微结构是实现陶瓷材料具备可承受大应变的有效方法。通过溶液吹纺法、冷冻干燥法，牺牲模板法和化学气相沉积法可以实现陶瓷随机分布结构、各向异性二维有序结构、周期性排列的3D有序结构等。耐高温柔性材料的发展为耐高温柔性电子器件的实现提供了先决条件，如何实现耐高温材料力学性能的提升依然是未来研究的重要方向。

柔性耐高温导电材料同样是柔性电子器件的重要一环，总体来说，传统柔性电子有相当一部分可以直接适用于高温柔性电子，但针对500℃以上的高温，仍然需要进一步研发出稳定且具有可承受应变能力的导电材料。在400℃以内，与传统柔性电子系统相融合的耐高温的PI基传感器占据着主要地位，基于Pi基的耐高温压力传感器，温度传感器、应变传感器等都有很多研究。针对500℃以上的高温环境，云母陶瓷气凝胶等陶瓷基柔性基底占据主导地位。

当前柔性高温电子尽管已经有了很多发展已经展现出一定的应用潜力，在温度、压力、应变多场景都有所发展，但整体应用依然处于初步阶段。此外，在耐高温柔性电子器件各个部分中，柔性耐高温基底材料最近几年得来了极大地发展，但与柔性电子器件功能结合还很少，还需要不同领域的研究人员更多的交叉合作。最后，柔性高温器件，特别是500℃以上，与常温柔性电子器件有着极大的不同，需要包括航空航天、材料科学、物理、化学在内的多个学科中都需要新的理解和技术。

【图文速览】

Fig. 1 Ceramic nanofiber materials. a Optical photographs of nanofiber membranes calcined at 600 °C. b Photograph of an ultrathin TiO2 nanofibrous film.c SEM image of nanofibrous membrane after heat treatment at 1300 °Cand longitudinal stress–strain curves.d Microstructure of ceramic fiber film with elastic stretchability up to 20% and reversible stretching test at 1200 °C.e Illustration of 3D reaction electrospinning technology developed for preparing ceramic nanofibrous aerogels and tensile stress–strain curve of a prepared ceramic nanofibrous aerogel.

Fig. 2 High-temperature flexible electronics. a Schematic illustration of flexible energy harvester and time-dependent voltage output at different temperatures. b Optical image of flexible heterostructure and DR/R0 plotted against temperature ranging from 298.15 to 773.15 K at various bending states. c Photograph of sensor burned in a butane flame and its sensitivity test results at 30, 370, and 30 °C after burning. d Schematic representation of a copper ink for printable electronics, and performance data of printed electronics.

【作者简介】

黄永安，华中科技大学机械科学与工程学院教授，数字制造装备与技术国家重点实验室副主任；国家杰出青年科学基金获得者，国家重点研发项目首席科学家，“科学探索奖”获得者；华中科技大学“柔性电子制造团队带头人”、“ChinaMaker创新团队创始人”。致力于新兴柔性电子技术研究，包括：柔性电子器件与系统（穿戴式电子系统、飞行器智能蒙皮、机器人电子皮肤、柔性显示等）和柔性电子制造与装备（高精度喷印制造、激光剥离/巨量转移、复杂曲面电子制造、微等离子体加工、机器人化制造等）。在Science Advances、Nature Communications、Advanced Materials、Advanced Functional Materials等期刊发表SCI论文100余篇，出版著作4部，获得授权国家发明专利100余项，美国专利4项，成果获得重大转化；获得湖北省自然科学一等奖、湖北省技术发明一等奖、陕西省科学技术一等奖、瑞士日内瓦国际发明金奖/特别金奖。

消息来源：稀有金属Rare Metals

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