本文是一篇综述文章，发表于 FlexMat 期刊，2025 年第 2 卷第 341–364 页，接收与发表日期均为 2025 年。文章题为 “Conformal electronics: materials, fabrication, and emerging applications”，由南京大学电子科学与工程学院与集成电路学院的 Jiayu Pan、Wenbin Zhao、Yukai Zhou、Jing Wu、Wen Cheng、Yi Shi 和 Lijia Pan（潘力佳）等人共同完成。通信作者为 Wen Cheng（程文）、Yi Shi（施毅）和 Lijia Pan。研究由国家重点研发计划（2021YFA1401100）和国家自然科学基金（61825403、61921005）资助。文章 DOI 为 10.1002/flm2.70010。作为一篇综述，该文系统梳理了共形电子学（conformal electronics）在材料、制造方法和新兴应用三个维度的进展，并讨论了该领域面临的挑战与未来发展方向。

文章首先指出，共形电子学的核心目标是使电子器件能够无缝贴合非平面、动态甚至生物表面，从而在测量精度、稳定性、舒适性和适应性方面超越传统刚性电子器件。文章从材料与表面共形策略入手，将实现共形性的材料路线归纳为两类。第一类是本征可拉伸材料（intrinsically stretchable materials），例如将银纳米线、碳纳米管和石墨烯等导电纳米材料分散到弹性聚合物基体中形成导电复合材料；这类材料通过柔性基体主导力学行为，可适应复杂表面形貌。第二类是基于传统刚性材料的结构工程（structural engineering），将金属或无机半导体等脆性高性能材料设计成网格、蛇形线或弹簧状微结构，并贴附于弹性基底上，通过弯曲、扭转等几何变形释放应力，从而获得有效拉伸性和对非平面表面的适应性。文章还针对简单曲率和复杂三维表面分别讨论了设计策略。对于圆柱面或球面等简单曲面，关键在于实现均匀贴合和避免曲率变化引起的应力集中。文中举例说明了通过柔性滚压技术实现三维表面连续成形，以及通过超薄高弹性层增强界面粘附。有限元分析（finite element analysis）被用于模拟薄膜在不同弯曲条件下的应力分布和变形，以优化材料和几何参数。对于复杂三维表面，例如人体皮肤，材料路线上更倾向于使用导电聚合物、水凝胶等与皮肤力学性能相近的可变形材料。文中列举了多种具体方案，如可直接涂抹在头皮上的导电生物凝胶用于脑电图记录，以及可附着于皮肤的环境稳定水凝胶用于心电信号采集和人体运动识别。同时，文章也指出水凝胶在长期稳定性、疲劳断裂和环境耐受性方面仍面临挑战，并提到了自修复（self-healing）能力作为缓解策略。

在制造方法部分，文章将共形薄膜制造技术分为可变形器件和非可变形器件两类。可变形器件的制造主要包括转印（transfer printing）和三维组装（3D assembly）。转印技术通过在平面基底上制备薄膜器件，再利用印章的粘附力差异将器件从施主基底转移到目标曲面，其本质是不同界面粘附力的竞争。文章进一步区分了被动变形印章和主动变形印章，并指出在高通量制造中，界面粘附力的精确控制仍是挑战，而卷对卷加工（roll-to-roll processing）和自动化机器人系统可能缓解良率问题。三维组装则通过机械应力或温度、光、磁、电等非接触刺激将平面二维结构转变为三维结构。根据加载与变形特征，组装方法可分为滚动（rolling）、折叠（folding）、弯曲（bending）和屈曲（buckling）四类。文章以表格形式比较了不同组装方法的优缺点。滚动法适合简单曲面且应力分布均匀，但精度较低；折叠法可实现复杂形状，但折叠区域易损伤；弯曲法适应性强且应力可控，但大面积弯曲可能不均匀；屈曲法适合微纳器件快速成形，但工艺复杂且存在后屈曲失稳风险。

非可变形器件的制造方法主要包括曲面光刻（curved-surface lithography）和曲面直写（direct writing on curved substrates）。曲面光刻可在非平面基底上实现微纳米图案化，包括激光直写光刻、投影光刻、软光刻和电子束光刻等多种类型。文章通过表格比较了它们在材料、设备、分辨率、效率和应用方面的差异。激光直写光刻分辨率可达亚微米级，但效率较低；投影光刻分辨率达深亚微米级且效率高，适用于大规模生产；软光刻成本较低但分辨率有限；电子束光刻可达纳米级但设备昂贵、速度慢。文中也指出曲面光刻仍面临焦平面动态变化和光刻胶均匀涂覆等挑战。曲面直写技术包括共形喷墨打印（conformal inkjet printing）、3D 打印和激光直写。共形喷墨打印通过实时调整打印头位置和角度，使墨水均匀沉积在复杂表面上；文中介绍了气溶胶喷射打印（aerosol jet printing）等非接触直写技术。3D 打印通过多轴联动平台逐层堆叠材料，可制造复杂内部结构的曲面器件。激光直写则通过高能激光束在材料表面进行光刻、烧蚀或诱导化学反应，具有高精度和非接触特点，适合超薄易变形材料。

在应用部分，文章从医疗健康、消费电子和工业能源三个领域展开。在医疗健康领域，共形电子器件被用于可穿戴健康监测和智能药物递送系统。可穿戴监测方面，共形柔性传感器可紧密贴合皮肤，用于脉搏、血压、心电等生理信号检测。文中以 Yao 等人开发的环形裂纹电子皮肤传感器为例，说明其如何兼顾灵敏度与低迟滞；以 Tian 等人开发的脉搏传感器为例，说明其如何同时检测压力和温度并用于连续血压监测；以 Zhang 等人开发的多功能静电纺丝微金字塔阵列为例，说明其高灵敏度和超低检测限。智能药物递送方面，文章介绍了可贴合皮肤的微针贴片和电化学控制反馈系统，例如 Liu 等人开发的糖尿病管理微系统，以及 Koo 等人开发的植入式可降解药物释放平台，后者可通过无线供电模块编程控制药物释放。

在消费电子领域，共形电子器件推动了折叠屏手机和平板电脑的发展。文章提到 2024 年发布的华为 Mate X5 和三星 Galaxy Z Fold 6，并讨论了横向外折、横向内折和纵向内折三种折叠方式及各自风险。文中还介绍了 Li 等人开发的 PMMA 渗透二氧化硅微结构分散于透明聚酰亚胺中的材料，用于可折叠显示盖板并具备辐射制冷功能。智能服装方面，文章介绍了复旦大学的纤维电子器件和可调色发光纤维。Wang 等人开发的纤维状电子器件直径仅数十微米，可大规模生产并与传统纺织工艺兼容，支持编织、缝纫和刺绣；用户可通过织物上的刺绣图案调节手机亮度、音量和拨打电话。Peng 团队设计的双发光层可调色发光纤维（color-tunable light-emitting fibers, CLF）可在电场调控下实现从橙到白再到蓝的宽谱颜色变化，并可编织成动态图案。

在工业与能源领域，共形电子皮肤被用于软体机器人，以增强环境感知和人机交互能力。Li 等人开发的智能仿生神经电子皮肤系统基于多壁碳纳米管和液态金属电子皮肤，可在无视觉输入的情况下通过触觉反馈实现物体抓取。曲面光伏方面，柔性薄膜太阳能电池可共形集成于车辆表面，实现光伏辅助充电。文章讨论了柔性钙钛矿太阳能电池的高温制备缺陷和机械弯曲稳定性问题，并提出增强基底热稳定性、改善透明电极导电性、优化界面特性以及开发兼具高效率与机械稳定性的钙钛矿材料等未来方向。

最后，文章从材料优化、制造工艺成熟度、长期稳定性、能源与信号传输、运动伪影干扰以及标准化与产业化等方面系统讨论了共形电子学面临的挑战，并提出未来研究应聚焦于多功能复合材料、动态交联水凝胶、仿生层次结构、混合工艺、卷对卷制造、人工智能集成和跨学科合作等方向。文章强调，标准化的性能测试与可靠性评价体系将加速技术从实验室走向市场，而材料科学家、工程师和临床医学专家之间的协同创新将为解决生物相容性和长期稳定性等问题提供系统方案。