多层可拉伸电子系统在大规模变形下仍能保持集成电路和功能器件的原始性能，被认为是一项颠覆性技术，将有力推动健康监测、软体机器人、人机交互、虚拟现实/增强现实以及物联网等领域的技术变革，然而，不同组件之间的界面力学和电学不匹配严重制约了其拉伸性和稳定性。

近日，西北工业大学黄维院士团队官操教授课题组通过将模量工程基底与垂直软互连相结合，提出了一种兼具高拉伸性和高稳定性的多层电子系统设计方案，该定制化多功能性的设计方案，为多层可拉伸电子系统的发展提供了新的思路。该成果以“Modulus Engineered Substrate with Vertical Soft Interconnects for Ultra-Stable Stretchable Multilayer Electronic Systems”为题，发表在Advanced Materials（《先进材料》）期刊上。

多层可拉伸电子系统的设计概念与应用场景

在这项研究中，具有同源性软桥-硬岛结构的模量工程基底设计不仅能形成应变隔离区域，通过强结合作用在形状变化过程中保护刚性电子器件，还能与低模量液态金属基可拉伸电路形成共形力学/电学连接。此外，基于原始/混合液态金属的垂直互连不仅能动态缓解泊松效应引起的几何变形，还能提供跨层电气回路和布局灵活性，即使在大应力下也能保持稳定的力学和电学连接。这种多层电子系统具有800%的高拉伸应变极限、优异的电学性能（即使在650%应变下，电阻变化率ΔR/R₀小于3.5），且在100%应变下可稳定工作超过4000次循环，性能优于已报道的多层柔性电子器件。更重要的是，这种基于数字光处理技术（3D 打印）的模量工程基底和激光图案化垂直互连技术，使多层可拉伸电子系统能够实现定制化多功能集成设计，显著提升了复杂系统的设计自由度。进一步展示了一种基于STM32的可拉伸电子皮肤，其可与软体机器人良好集成，并在150%应变下实现实时信号处理。此外，一种集成电池的无线智能触觉系统能够同时采集25个传感器的信号，并实现压力分布的实时二维动态成像。这种简便策略为开发下一代稳健、集成化和多功能可拉伸电子系统提供了有效途径，未来，通过进一步优化制造工艺和关键材料，可提升所提出的多层电子系统设计在电子皮肤、健康监测和工业检测等领域的实际应用价值。

西北工业大学柔性电子研究院博士研究生赵文波，以及玛丽女王学院本科生邓益凡为论文共同第一作者，柔性电子研究院官操教授为论文通讯作者。该工作获得了国家自然科学基金、陕西省自然科学基金等项目的资助和支持。

文章链接：https://doi.org/10.1002/adma.72292

（文字：赵文波 图片：赵文波 审核：王学文）