“碳基材料+光电过程”催生柔性电子产业！纳昇电子亮相第三届碳基半导体材料与器件产业发展论坛，为柔性与印刷电子领域提供解决方案！

当前，新科技革命与产业变革正蓄势待发。随着大量信息电子、健康医疗等为代表的光电器件的柔性化，柔性电子学应运而生。它以柔性材料为基础、柔性电子器件为平台、光电技术应用为核心，是一类将物理学、化学、材料科学与工程、力学、光学工程、生物学、生物医学工程、基础医学等学科高度交叉融合基础上形成的颠覆性科技创新的形式，在表观机械柔性方面超越了经典电子信息系统，为新一代信息科技革命和智能制造时代的发展提供了全新机遇。

01 什么是柔性电子技术

柔性电子技术是指在柔性衬底上大面积、大规模集成不同材料体系、不同功能元器件，构成可拉伸/弯曲变形的柔性信息器件与系统的技术。柔性电子器件具有质量轻、形态可变、功能可重构的特点，颠覆性地改变了传统电子系统刚性的物理形态。

与传统的基于刚性衬底和刚性材料的电子技术不同，柔性电子技术使用具有物理弯折能力并能够承受一定形变的材料和结构构建电子器件和系统，并通过系统变形、重组等方式，使得柔性电子系统可实现不同的功能或性能，使电子器件和系统在形态、结构、功能、应用等方面取得突破，极大地促进了人–机–物三元融合，是汇聚实体、数字和生物世界的变革性力量。因此柔性电子技术必将在人工智能、生物电子、脑机融合、物联网等领域产生巨大影响，是电子技术的重要发展方向之一，并带动相关产业实现新跨越。

目前，美国、欧盟、澳大利亚、日本、韩国、新加坡等政府机构、高等院校和科研单位争相投入大量资金与人力，建立研究中心与技术联盟，重点支持柔性显示、柔性电子器件、健康医疗等方面的研究及产业化，在柔性显示与照明、柔性能源电子、柔性生物电子和柔性传感等领域取得领先地位。近年来，我国也把与柔性电子息息相关的新一代信息产业、先进材料、生物技术、再生能源等列入了国家战略新兴产业。

另外，随着柔性电子研究的不断发展，越来越多的传统和新兴材料都被用于构筑柔性电子器件。目前，研究比较广泛的材料包括：无机半导体材料 (如锗、硒、硅)、纳米碳材料、无机氧化物材料和有机半导体材料等。这些材料各有特点，优劣很难判别，未来可能应用于不同的领域。而且这些材料的特点具有很强的互补性，基于这些材料的电子器件在设计准则、制备工艺、表征手段、相关材料筛选等方面也具有一定的共性，可相互借鉴、相互促进。如果这些材料能恰当地相互融合，将有望实现更高层次的柔性电子器件。

02柔性电子碳基纳米材料与器件

黄维院士，曾经表示未来将是“碳基材料+光电过程”（或曰“碳+光”）的时代，石墨烯、碳基纳米材料、有机高分子材料，以及激光与光通信、光存储、光显示等将成为其显著特征。“碳基材料+光电过程”催生了柔性电子和柔性电子产业，并为其开辟了极为广阔的发展空间，将深刻变革人类生产方式、生活方式、思维方式。例如，柔性传感器与可穿戴设备、柔性芯片、柔性微控制器、柔性晶体管、柔性非易失逻辑器件、柔性储能器件、柔性显示……

以碳基纳米材料在半导体中的应用为例：随着后摩尔时代的到来，在为数不多的几种可能的替代材料中，碳基纳米材料因为具有高的本征迁移率、弹道输运特性、相同的电子和空穴的有效质量以及单原子层结构等，被认为是最有希望的。

虽然以有机物半导体作为沟道材料构建的器件具有加工工艺简单、造价低，可以利用打印或者印刷的方式进行制备的优点，但是器件速度慢、功耗高、晶体管开关比低，不利于构建复杂度较高和高性能的柔性电子电路。

IBM 公司最新的理论计算研究成果如下图所示，其数据表明在相同的器件特征尺寸下，碳纳米管场效应晶体管器件比硅基鳍式场效应晶体管器件在性能上能提高 2 倍以上，而在功耗降低至原来的 50％以下，从而具有大概 5 倍能量延迟积的优势，这表明碳基纳米材料具备未来电子技术所需的高性能和低功耗的特性。

碳纳米管原型计算机

除优异的电学性能外，石墨烯和碳纳米管的光学、力学性能也使其适用于柔性电子器件的制造。其中，石墨烯具有轻薄、透明等特性；碳纳米管具有柔韧性好、耐弯曲和疲劳强度高的特性。

碳基半导体材料有望在实际中满足多种柔性电子器件的应用场景：柔性应变/压力传感器，该类传感器通常由导电传感元件与弹性聚合物或其他柔性/可拉伸基材（如纤维、纱线和纺织品）耦合组成，可通过应变/压力刺激引起的导电元件间接触电阻的变化，检测材料应变或外界压力；可穿戴器件，由于柔性电子器件具有很高的柔性和延展性，可与人体的外形特性和运动特性相匹配，并完成传感、显示等功能，应用于消费电子、医疗保健等行业，柔性能源系统，该类系统的定义为柔性甚至可伸缩的能源装置，包括超级电容器、电化学电池（例如锂电池、钠电池和金属空气电池）、光伏装置和发电机等；透明导电薄膜类应用，该类应用包括柔性触摸板、柔性有机发光二极管（OLED）和柔性有机太阳能电池等。

但是到目前为止，利用碳基材料所构建的柔性电子器件在性能和集成度上与刚性衬底上的结果仍然具有很大的差距，没有完全发挥出材料自身的优异特性，当然，值得肯定的是，以碳纳米管为代表的碳基半导体经过长期积累在近年来取得诸多进展，技术成熟度和产业化都迎来曙光，但技术发展和产业完善不是一蹴而就的。碳基半导体和硅基半导体材料在性能和成本等不同角度拥有各自的优势。因此，碳基纳米材料在高性能、低功耗柔性电子技术上的应用具有很大的提升空间。

03柔性印刷技术与电路

印刷电子是柔性电子领域中最有前途的领域之一。它的基础是通过在各种基材上印刷来创造电子器件。用于印刷电子产品的油墨通常由碳基化合物制成。喷墨打印电子技术在过去的几年里发展得非常快，现在喷墨打印机能够非常快速和廉价地打印电路。印刷电子产品已经被用于制造柔性键盘、天线、柔性屏幕、交互式书籍和海报、电子皮肤贴片等。

从生物电子到碳纳米管、石墨烯器件，越来越多新兴的柔性电子应用都要求能够将导电、介电和半导体材料精确沉积到各种柔性基底上。柔性印刷将成为最优解。

在过去的10-15年里，柔性、印刷和有机电子领域取得了巨大的进步。预计印刷电子行业将在2027年增长到超过3000亿美元(IDTechEx)。印刷和柔性电子器件和电路必须具有更复杂的功能。光电子设备，如有机发光器件和有机太阳能电池，在清洁能源市场上也有快速增长，预计在不久的将来在纺织建筑、笔记本电脑、交通、保健和家庭等市场上发挥重要作用。

基于柔性印刷技术，美国半导体公司和空军研究实验室进行合作，在微芯片上开创性地搭载了物联网的网络控制系统。这种智能的可穿戴设备成为有史以来能够生产出来的最为复杂的柔性集成电路之一。英国曼彻斯特大学研发出一种固态的柔性超级电容设备，采用丝网印刷技术和石墨烯氧化物导电油墨，直接将该设备打印在纺织品上。爱尔兰都柏林大学圣三一学院的科研人员最近利用二维纳米材料制成的油墨，首次制造出了印刷而成的晶体管。这种低成本、可量产的技术，可用于打印太阳能电池、LED 等电子设备，可应用于智能食品、药物标签、下一代纸币、电子护照等产品。在我国，基于本土知识产权的微电子柔性打印技术，目前已经可以实现各类逻辑门电路、薄膜晶体管、发光器件、各类传感器乃至微系统单片机等的快速打样设计，以中科院苏州纳米所崔铮研究员、赵建文研究员团队的工作为代表。

04钙钛矿与柔性晶体太阳能电池

钙钛矿作为新型太阳能电池，最近非常火热。梳理整个光伏产业发展史，降本增效永远是行业追求的终极目标。钙钛矿材料除了具备薄膜电池的可塑性、透光性、弱光性、成本低等优势外，其特殊的化学性质让其叠层方式的理论转化效率达到惊人的43%。目前，钙钛矿电池发展路径分为两种：一是纯钙钛矿薄膜电池；二是钙钛矿叠层电池。相比较于纯钙钛矿薄膜电池，目前钙钛矿叠层电池的效率更高、应用场景前景更广阔、可以借助晶硅市场的规模化快速推进，钙钛矿叠层电池技术的出现和逐步成熟，将会打破现有光伏晶硅市场的格局。尽管关于高效和稳定的PSCs的研究相当活跃，但开发具有与商业太阳能电池板类似的效率和稳定性的PSMs的进展却相对缓慢。但如何在量产线打通的情况下，制备大面积、高稳定、低毒性的钙钛矿材料与器件，设备、工艺、材料、科研、产业如何合作至关重要！

柔性电子的出现为经典电子学的发展提供了新的方向，触发了新形态电子设备的产生，然而，电子材料与器件由刚向柔转变过程中，传统的刚性测试方法变得无法完全适应，而相匹配的柔性测试体系对推进柔性电子行业的发展变得必不可少。因此，发展一种适用于柔性材料与器件的测试系统变得非常重要 。

05第三届碳基半导体材料与器件产业发展论坛

 

报告人简介：童思超，博士、兼职中南大学校外硕士生导师，曾任职中南大学粉末冶金研究院博士后。长期从事柔性印刷电子材料的设计与制备，在国际期刊发表学术论文21篇，累计申请发明专利25项（授权15项）、实用新型专利12项（授权10项）。

 

报告摘要：柔性电子材料与器件是柔性电子的主要体现形式之一，是以柔性材料为基础，并结合电子工业技术的新一代柔性电子元器件，是未来信息技术发展的迫切需求。柔性电子的出现为经典电子学的发展提供了新的方向，触发了新形态电子设备的产生。然而，电子材料与器件由刚向柔转变过程中，传统的刚性制备与测试方法变得无法完全适应，而对相匹配的柔性制备与测试体系对推进柔性电子行业的发展变得必不可少。湖南纳昇电子科技有限公司推出了R2R Coater系列卷对卷涂布机，助力光伏能源、光电显示、二维材料、可穿戴电子、传感器等柔性电子领域的产业化制备；此外，FlexTest系列柔性材料与器件测试系统，提供了一种模块化的柔性测试精密仪器，旨在为柔性与印刷电子领域的开发者提供一种工业可靠性测试工具。 

 

同时，纳昇电子将展示最新检测设备：柔性测试仪和小型狭缝涂布设备，展位号A05，相约浙江宁波香格里拉大酒店，欢迎大家莅临展位参观交流！

 

展位图（设计师明天给）

 

参展产品一：柔性测试系统

 

 

小型柔性测试仪 FlexTest Mini F-C

产品特点
【1】满足GB/T 38001.61-2019 柔性显示器件第6-1部分：机械应力试验方法；
【2】百万次连续测试、操作简便、无需培训；
【3】体积小巧、适用于展台、试验中心、手套箱、实验室等。

 

 

小型柔性测试仪 FlexTest Mini S-P2

产品特点
【1】满足GB/T 38001.61-2019 柔性显示器件第6-1部分：机械应力试验方法
【2】百万次连续测试、操作简便、无需培训
【3】体积小巧、适用于展台、试验中心、手套箱、实验室等

 

参展产品二：小型狭缝涂布设备

 

 

纳昇电子科技深耕狭缝涂布技术15年；专注狭缝涂布工艺，对于钙钛矿电池涂布技术及结晶技术、氢燃料电池涂布有长时间深入研究，钙钛矿电池方向目前有钙钛矿中试线刮涂、狭缝涂布一体机涂膜设备、涂膜材料研发技术及空穴传输层材料4项相关专利，截止2022年已对外交付刮涂、狭缝涂布一体机涂膜设备100余台。2021年11月氢燃料电池质子交换膜中试线成功交付；2022年9月第一台大面积氢燃料电池中试机验收成功。

 

 

06湖南纳昇电子科技有限公司

湖南纳昇电子科技有限公司（Hunan NanoUp Electronics Technology Co., Ltd）是一家聚焦于柔性印刷电子技术开发和产业化的高新技术企业，公司致力于柔性印刷电子墨水材料、钙钛矿电池及氢燃料电池装备和工艺的开发、设计与制造。公司核心人员由留学博士、硕士等组成，在钙钛矿电池及氢燃料电池装备和柔性印刷电子领域具有多年的研究和产业化经验，精通相关工艺技术的开发和制造流程。是建立以材料开发、以及精密涂布技术为核心的新能源电池应用装备领航者。

 

技术支持方面：公司研发场地接近1000平米，包括各类合成、开发、测试与分析设备，与中国农业科学院成立联合检测中心，拥有包括有电感耦合等离子光谱仪（岛津ICPE-9820）、荧光分光光度计（IRSpirit）、热重分析仪（岛津TGA-50）、荧光倒置显微镜（Leica DMi8）、扫描电镜（日立SU-3500）、智能激光粒度仪（岛津SALD-2300）、元素分析仪（Element）、纳米粒度及Zeta电位分析仪（BeNano）、比表面与空隙度分析仪（Micromeritics Gemimi V）等相关专业分析设备30余套；与中南大学物理与电子学院先进材料超微结构与超快过程研究所联合设立试验室，主要针对导电高分子（PEDOT:PSS）的前沿应用开发，如可穿戴传感器、柔性印刷电子、新型太阳能电池材料、二维材料光电子器件、新型量子器件等开发；与重庆大学能源与动力学院成立联合试验室，主要为我司提供导电高分子材料的合成、高性能导电聚合物及衍生物、电致变色材料的开发与指导。

 

人才储备方面：企业共有员工19人，其中博士3人，硕士2人，本科及以上学历11人，占企业总人数的91%。项目核心人员由留学归国人员、博士、硕士等各类型高层次人才组成，专业结构涵盖物理学、电子与通信工程、轻化工程、高分子材料与工程、材料物理与化学等学科。此外，公司核心成员均做背景调查，核心技术人员及管理团队稳定可靠；拥有中南大学阳军亮教授团队的钙钛矿太阳能电池的技术支持，可以快速得到基础研发成果；

 

核心技术储备：专注狭缝涂布工艺，对于钙钛矿电池涂布技术及结晶技术、氢燃料电池涂布有长时间深入研究，钙钛矿电池方向目前有钙钛矿中试线刮涂、狭缝涂布一体机涂膜设备、涂膜材料研发技术及空穴传输层材料4项相关专利，公司自有申请发明专利三项；自有申请权专利18项；其他公司及机构专利转让10项。

 

联系方式

 

通讯地址：湖南省湘江新区咸嘉湖西路348

    

公司网址：www.nanoupe.com

 

2023碳基半导体材料与器件产业发展论坛

2023年5月16-19日 浙江·宁波

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2023钙钛矿材料与器件产业发展论坛

2023年 6月11-13日 江苏·苏州

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