npj Flexible Electronics 近期论文佳作精选

【可植入器件】Unidirectional dynamic stiffness modulation enables easily insertable and conformally attachable spinal bioelectronic device

用于监测与调控脊神经活动的神经接口正日益趋向柔性与可拉伸设计，以提升其生物力学兼容性与整合能力。然而，过度柔性也带来了植入困难与长期电学稳定性不足等实际局限。针对上述挑战，本研究开发了一种集成了液态金属导体与动态刚度变柔顺结构的脊神经接口。在植入过程中，刚度增强结构可最大程度减少非预期屈曲，确保以微创方式精准到达目标位置；在潮湿生理环境中，器件能够快速自发弯曲，实现与脊髓的紧密贴合。液态金属导体在自由活动的大鼠体内保持了稳定的电学性能，为全植入式脊柱生物电子器件的实用化奠定了基础。

图1  基于可变刚度结构的神经接口示意图。

【软体机器人】Programmable somatosensory soft robots

过去十年间，机器人智能取得了长足进步，但将具身智能与响应行为集成于软体机器人系统仍具挑战，原因在于其通常需要笨重的硬件来实现环境反馈与决策。虽然聚（N-异丙基丙烯酰胺）等软材料可通过温度响应实现基于材料的简化驱动，但其响应速度慢且能耗高，限制了其在闭环控制中的应用。为突破这一局限，本研究提出了基于该材料的软体驱动器，并集成了水凝胶焦耳加热功能，可在不显著改变周围环境温度的情况下实现局部驱动。由此构建的软体夹爪可抓取自身重量三倍的物体，并具备根据抓取物体自主调整驱动状态的能力，特别适用于自动化包装系统中对精细物品的节能操控与分拣。

图2  软体机器人夹爪，展示了感知与驱动之间的闭环。

【人机接口技术】Self-revival iontronic neuromorphic devices for robust human-machine interaction

柔性神经形态器件在下一代智能人机交互系统中展现出广阔前景，但其机械损伤所导致的功能失效仍是主要瓶颈。本研究受蚯蚓启发，采用聚合物离子凝胶作为离子传输网络，构建了具有去中心化结构的自修复离子型神经形态器件。通过设计分立的半球阵列，利用物理隔离抑制裂纹扩展；同时凭借快速形成的动态化学键与独立单元的可迁移特性，器件在受损后表现出优异的自修复能力。该器件被应用于运动认知神经系统，对人体运动轨迹的识别准确率达98%，即使在受损状态下，自修复后仍能保持96%的识别准确率。这一工作为新型神经形态器件设计提供了新思路，并展示了其在假肢、康复及交互机器人领域的变革性应用潜力。

图3  蚯蚓启发的自愈型离子神经形态设备采用离散结构，每个半球形单元能够抵御环境损伤并具备自愈能力。

【柔性光电器件】High-performance full-color afterglow organic light-emitting diodes with tri-mode emission and efficient energy transfer

近年来，电压关闭后仍能持续发射的长余辉有机发光二极管引起了广泛关注，但可用于电激发的有机长余辉材料仍然稀缺，器件性能普遍较低。本研究采用三模长余辉分子作为发光层，并掺杂多种磷光配合物，结合简化的厚层器件结构，报道了一系列高性能全彩长余辉有机发光二极管。通过热致激子释放与反向系间窜越，将长寿命超长磷光转化为磷光和荧光，显著提升了余辉效率。实验结果表明，器件呈现出蓝至青色余辉，最长寿命达253毫秒，最大外量子效率为7.4%。掺杂后，高效的能量转移使器件实现了高亮度、高效率的绿、黄、红色余辉，最长余辉寿命达132毫秒，总外量子效率达24%，余辉外量子效率达3.6%，代表了目前该领域的最高效率水平。本研究为开发高性能长余辉有机发光二极管、推动先进光电应用与发光技术发展开辟了新的前景。

图4  三模余辉分子4CzBN以及采用绿、黄、红磷光金属掺杂剂的全彩厚层器件结构。

npj Flexible Electronics近期开放了一个新的特刊，目前正在征稿中：

基于水凝胶的软电子学（Hydrogel‑Based Soft Electronics）

投稿状态：开放
 投稿截止日期：2027年1月1日

基于水凝胶的软体电子是一个快速发展的前沿领域。水凝胶本身具有高含水量、混合离子-电子导电性、良好的生物相容性以及机械柔韧性等特点，将这些独特性质融入电子系统中，便可构建出适用于可拉伸、可穿戴及组织集成场景的电子器件。通过将柔软的聚合物网络与导电或半导体组件相结合，这类器件能够实现动态传感、能量存储以及与人体的无缝交互界面，完美贴合生物组织。近期研究成果充分展示了其在生物医学监测、神经接口和下一代柔性电子器件方面的巨大潜力。与此同时，当前在耐用性、可扩展性和长期稳定性方面仍面临挑战，这也持续推动着该领域的创新与发展。

特刊详细信息：Hydrogel‑Based Soft Electronics