姬少博，陳曉東

（南洋理工大學材料科學與工程學院,新加坡639798）

隨著社會的發(fā)展與科學技術的進步，個人醫(yī)療檢測、運動管理等智能設備逐步進入人們的生活之中. 便攜式的醫(yī)療設備（如簡易心電檢測、血壓血糖檢測等）設備已經(jīng)十分普及，可穿戴設備，如心率、心電、呼吸率等實時監(jiān)測設備，也在迅速發(fā)展中. 傳統(tǒng)的硬件設備在電路設計、信號處理、無線傳輸?shù)确矫嬉咽殖墒?，然而在進行各種人體生理信號的采集，尤其是實時動態(tài)采集時，仍有很大不足. 其原因在于傳統(tǒng)的信號采集傳感器（電極、光學傳感器等）與被采集對象（皮膚、器官等）力學性能不匹配，導致界面在動態(tài)過程中不穩(wěn)定，造成實時信號的偏差甚至丟失［1］. 如傳統(tǒng)的凝膠電極在靜態(tài)下可與皮膚黏附并采集心電信號，而在運動狀態(tài)下皮膚會發(fā)生形變，此時電極不能與皮膚共形形變（Conformal deformation），電極-皮膚界面變動致使信號產(chǎn)生偏差. 此外，出于便攜性的考慮，可折疊/彎曲智能設備也是一大發(fā)展熱點，其中柔性顯示屏已實現(xiàn)了商業(yè)化，而其它配套電子器件的柔性化仍在研究與發(fā)展中.

為了解決傳統(tǒng)硬件設備帶來的問題，柔性電子學應運而生［2～7］. 柔性電子通過賦予柔性/可拉伸基底特定的電學性能，以實現(xiàn)在形變過程中保持其性能和功能. 出于不同的目的，研究發(fā)展了可拉伸導體、柔性儲電設備、柔性電極、可拉伸傳感器等多種體系. 柔性電極和傳感器可實現(xiàn)與皮膚的共形黏附，從而實現(xiàn)穩(wěn)定的電生理信號監(jiān)測、脈搏/呼吸率監(jiān)測（柔性應力傳感器）、體溫監(jiān)測（柔性溫度傳感器）等應用［8，9］；同時對人體的實時精準監(jiān)測也為人機互動提供了更可靠的選擇［10，11］. 可拉伸導體［12～15］和柔性儲能設備（柔性電池及超級電容器）［16～19］則為實現(xiàn)設備整體的柔性提供了基礎. 相比于傳統(tǒng)的電子設備，柔性電子設備可實現(xiàn)與人體更好的交互，同時柔性設備通常更加輕薄，更加貼合于人體，可以帶來更舒適無感的體驗，是可穿戴設備發(fā)展的趨勢之一［20］.

柔性電子的實現(xiàn)和優(yōu)勢基于新材料和新技術的發(fā)展，如從表面沉積金屬的彈性體［21］發(fā)展到金屬-彈性體體相混合的可拉伸導體［22］，從蛇形結構的可拉伸導線［23］到基于該類結構的柔性電路板設計和整合設備［24］，從大尺度柔性導體到微結構的柔性電極陣列［25］等. 在其發(fā)展過程和應用中，不可避免地會涉及和利用到發(fā)生在表界面的過程，尤其是設備性能的優(yōu)化與整合中. 這些表界面過程中雖然大部分是基于分子間作用力、物理連接及結構設計等過程實現(xiàn)的［26，27］，仍有很多涉及表界面化學過程. 而柔性電子學中的表界面化學過程，尤其是表面修飾，對于解決柔性器件的特定應用問題具有很大的潛力.

柔性電子學中表界面化學的應用主要分為表界面電化學過程、表面改性和修飾及不同柔性層或器件的界面連接3個大的方面. 表界面電化學過程可被用于材料的制備等過程，并且柔性化學傳感器中有很大一部分是基于電極表面的化學反應-電流轉化實現(xiàn)的；表面改性與修飾被用于提升柔性器件的穩(wěn)定性，優(yōu)化其性能等方面；不同柔性功能層或器件的界面連接可以優(yōu)化性能、提升穩(wěn)定性，還用于柔性設備整體的制備（圖1）. 本文對表界面化學過程在柔性電子學領域的應用進行一定的總結，并針對現(xiàn)有發(fā)展狀況和問題，對未來的研究方向進行了展望.

Fig.1 Major application types of surface and inter?face chemistry in flexible electronics

1 表界面電化學過程

1.1 電化學傳感器

柔性化學傳感器是柔性電子在可穿戴/便攜式健康管理設備中的一個重要應用方向，可用于實時監(jiān)測血液、汗液、淚液、唾液等液體中的特定化學成分和代謝產(chǎn)物（鹽、糖、氨基酸、蛋白質等），從而實現(xiàn)個性化的健康監(jiān)測［28～31］. 相比于傳統(tǒng)化學傳感器，柔性化學傳感器更加輕薄，其柔性可與皮膚實現(xiàn)更好的結合，從而更適用于可穿戴設備中. 此外，經(jīng)過研究發(fā)展，柔性化學傳感器可以更低的成本實現(xiàn)更高的靈敏度與選擇性，通過更簡單的方法實現(xiàn)檢測，而且可以實現(xiàn)長時間的連續(xù)生理監(jiān)測. 通過將化學傳感器與其它生理信號檢測器件整合，可得到定制的健康檢測設備，對多種生理信號進行監(jiān)測與評估.

柔性化學傳感大多是基于被檢測物刺激傳感器引起電流或電壓變化而實現(xiàn)的［28～31］，也有引起顏色變化實現(xiàn)檢測的比色法［32～34］. 一個完整的電化學傳感系統(tǒng)包括了分子識別單元，電化學信號轉化單元，以及信號收集單元. 其中前兩部分構成了傳感器的主要部分并決定了其功能，基于電信號的傳感器一般由工作電極、對電極和參比電極三電極結構組成［圖2（A）］，工作電極表面進行修飾以識別待檢測物，對電極用于維持電流，參比電極用于控制穩(wěn)定的電壓. 不同的工作電極設計可以實現(xiàn)不同的檢測機理，如電位測定、基于結合力的檢測、電化學電流檢測、伏安掃描、場效應晶體管等. 其中，電位測定基于能斯特方程實現(xiàn)，液體中特定物質（尤其是鹽）濃度的變化會導致工作電極的電位發(fā)生變化［35～37］；基于結合力的檢測過程中目標分子與工作電極表面的識別單元結合（如抗體-抗原作用），導致電極性能發(fā)生變化用于檢測［38～40］. 這兩種機理以及顯色法不涉及電化學反應過程，因此后續(xù)內容中將重點介紹與討論其余3種機理.

電化學電流法檢測在工作電壓下電極-液體界面處電化學過程所產(chǎn)生的電流，根據(jù)電流的數(shù)值對待檢測物的濃度進行計算［35，41］. 這類檢測器可對少量樣品實現(xiàn)低檢測限、高靈敏度的檢測，是最常用的柔性化學傳感器. 為了實現(xiàn)對特定待檢測物的選擇性，工作電極表面要修飾識別基團，由于待檢測物多為生物分子或代謝產(chǎn)物，最常用的識別基團是酶催化系統(tǒng)，尤其是氧化酶系統(tǒng)［圖2（B）］［41，42］. 以用于葡萄糖檢測的葡萄糖氧化酶（GOx）為例，GOx可以識別葡萄糖并在氧氣存在下將其氧化為葡萄糖酸，定量產(chǎn)生過氧化氫，過氧化氫在氧化還原介質的作用下可進一步被還原［圖2（C）］. 最常用的介質為普魯士藍（PB），相比于電極的純金屬表面，其對過氧化氫的還原具有電催化活性，可以在較低工作電位下實現(xiàn)其還原［43］. 在PB修飾的電極表面發(fā)生的過氧化氫還原會產(chǎn)生電流，電流的大小取決于過氧化氫的濃度，從而利用電流檢測實現(xiàn)對上級反應物葡萄糖的定量. 除了PB，其它染料也可作為介質使用［42，44］，F(xiàn)e3O4，ZnO，Pd等納米材料作為氧化還原介質也有研究［45，46］，以進一步提高靈敏度并降低工作電壓. 此外，在應用過程中，如果酶直接吸附在電極表面，在使用過程中可能會脫附而導致電極失去功能，為了避免該問題，可使用額外的高分子層將其包覆固定在電極表面［44］.

基于氧化酶產(chǎn)生過氧化氫的原理，可使用葡萄糖傳感器實現(xiàn)對唾液［47］、淚液［48，49］、汗液［50，51］中葡萄糖含量的實時監(jiān)測，從而非侵入式的記錄血糖變化. 除了葡萄糖，使用不同的氧化酶可以實現(xiàn)對不同分子的檢測［52，53］，如基于醇氧化酶-普魯士藍體系，可以實現(xiàn)可穿戴非侵入式的汗液乙醇檢測設備，用于飲酒管理等應用［54］；基于尿酸氧化酶，Mercier 和Wang等［55］制造了可檢測唾液尿酸含量的牙套形可穿戴設備，其檢測范圍覆蓋了健康個體和血尿酸過多的病人，可用于實時監(jiān)測尿酸含量，進行健康管理.

在該類傳感器中，由于涉及到了級聯(lián)反應，酶催化氧化所得過氧化氫在電極表面的擴散也會對傳感器性能產(chǎn)生影響. 傳感器的柔性不僅賦予了其與皮膚等生物基底更好的貼合性，還會導致傳感器在運行過程中發(fā)生拉伸等形變，使得被檢測物、酶、電催化介質之間的物理距離產(chǎn)生變化，影響擴散從而導致檢測結果產(chǎn)生偏差. 傳統(tǒng)的平面?zhèn)鞲衅鳠o法規(guī)避該問題帶來的性能不穩(wěn)定，而Ni和Chen等［56］則通過預拉伸的方法制備出表面彎曲的生物檢測電極，通過優(yōu)化表面結構，控制表面電化學反應底物和產(chǎn)物的擴散，為該問題提供了一種解決方法. 在彎曲電極表面，酶反應所產(chǎn)生的過氧化氫必須跨過彎曲部分進行擴散；隨著電極被拉伸，雖然GOx和PB 間的距離變長，但兩者之間的彎曲結構被逐步拉平，過氧化氫擴散所經(jīng)過的實際路程未發(fā)生明顯變化，從而最小化了傳感器拉伸對產(chǎn)物擴散的影響［圖2（D）］. 利用該方法，可以實現(xiàn)在50%拉伸率的情況下檢測電流只有不到7%的波動，遠優(yōu)于傳統(tǒng)平面電極40%的電流變化［圖2（E）］，對于柔性電子表界面化學反應的控制具有重要的價值.

Fig.2 Electrochemical sensing based on enzymatic amperometry and its application in flexible electronics

除了電化學電流法，伏安掃描法是另一種直接在電極表面進行電化學反應的檢測方法，根據(jù)掃描方式不同包括了循環(huán)伏安法、線性掃描伏安法、脈沖伏安法等［57］. 在特殊應用情境下，為了實現(xiàn)對底物的快速實時檢測，還可使用快速循環(huán)伏安（掃描速度最高可達106V/s）來確保時間分辨率［58，59］. 與電化學電流法依賴于底物的特定酶催化反應不同，伏安掃描法利用了被檢測物自身的電化學活性，某些化合物在特定電壓下可直接在電極表面得失電子被還原或氧化［60，61］. 檢測物的濃度可根據(jù)掃描曲線中電流峰的強度進行計算，而對檢測物的選擇性則基于峰所對應的電壓數(shù)值（即底物的氧化還原電位）實現(xiàn). 伏安掃描法很適合易于氧化還原的底物的檢測，其中包括了多巴胺、血清素、腎上腺素等神經(jīng)遞質，因此在生理檢測、人工神經(jīng)等領域具有很大的潛在應用.

由于是利用被檢測物自身的電化學氧化還原反應，用于伏安掃描法檢測的工作電極不需進行特定的酶、催化介質修飾，但為了提高對待檢測物的吸附，增加電極表面與待檢測物的接觸從而提高檢測靈敏度和降低檢測限，電極表面可以附加一層導電聚合物或碳材料（碳納米管、石墨烯等）［62］，利用大的比表面積和分子間相互作用實現(xiàn)高吸附. 除了傳統(tǒng)的導電材料，Mirica等［63］研究了導電金屬有機框架（MOF）在伏安法檢測神經(jīng)介質中的應用［圖3（A）］. MOF類材料具備多孔結構，比表面積更大，有利于對底物分子的吸附. 通過研究不同結構的導電MOF 及優(yōu)化，該體系可對多巴胺（DA）和血清素（5-HT）實現(xiàn)100 nmol/L以下的低檢測限. 并且由于伏安法檢測的選擇性反映在峰電位的數(shù)值上，該體系還可以在生理條件下對多種神經(jīng)遞質同時進行檢測，利用氧化還原峰位置的不同實現(xiàn)其定性與定量［圖3（B）］.

除了生理代謝產(chǎn)物，伏安法還可用于多種其它分子的檢測，具有廣泛的可用性. 如Javey等［64］通過對工作電極的簡單非特異性修飾，即可實現(xiàn)對咖啡因的伏安檢測［圖3（C）］，他們再利用該傳感器制備了可穿戴的汗液咖啡因檢測設備，并初步研究了咖啡飲用量、運動劇烈程度等對汗液中咖啡因含量的影響［圖3（D）］. 通過研究不同藥物的伏安特性，柔性伏安掃描傳感器在非侵入式實時藥物檢測方面，如藥物代謝監(jiān)測、興奮劑檢測等領域，具有一定的應用前景.

Fig.3 Flexible electrochemical sensing based on voltammetry and field effect transistor

場效應晶體管（FET）由源極（Source）、漏極（Drain）和柵極（Gate）的基本結構組成，柵極控制了源極和漏極之間的電流. 使用FET的化學傳感器在工作過程中，待檢測物改變柵極性質，從而導致源極和漏極之間電流發(fā)生變化，實現(xiàn)化合物濃度向電流的定量轉化［65～67］. 其中大部分FET化學傳感器中被檢測物會直接通過吸附等方式與柵極作用，不涉及化學反應過程. 但在一些特定分子的檢測中，F(xiàn)ET的柵極不直接與被檢測物作用，而是被檢測物發(fā)生特異性反應產(chǎn)生的次級產(chǎn)物影響柵極，控制源極和漏極之間電流，從而實現(xiàn)對檢測物的選擇性. 如Amer和Zhou等［68］在柔性基底上制備了以氧化銦In2O3為柵極的FET，在源極和漏極的金表面修飾了幾丁質固定的碳納米管和GOx，并額外附加了側柵極用以控制電壓. 對葡萄糖進行檢測時，GOx催化葡萄糖氧化產(chǎn)生過氧化氫，其在側柵極附加的電壓作用下被氧化為氧氣并釋放出質子降低pH. pH的降低導致In2O3柵極表面的羥基被質子化，柵極性質變化引起源極和漏極之間電流的上升，并定量反映出葡萄糖的濃度［圖3（E）］.

1.2 化合物釋放器

電化學傳感利用的是氧化還原反應過程中產(chǎn)生的電流，電壓的調控是為反應提供條件；如果利用電流刺激氧化還原反應的進行，電壓的調控則可成為反應的控制手段，借此改變電極表面負載分子的吸附能力，還可實現(xiàn)電壓控制的化合物釋放過程. 雖然在柔性電子體系中還沒有開發(fā)電控釋放體系的急切需求，但在與柔性電子密切相關的人工神經(jīng)領域，這種可控的仿生電刺激釋放方式很有價值.

Jiang等［69］為了模擬突觸膜在神經(jīng)電信號刺激下的多巴胺釋放過程，構建了電控釋放體系. 甲基保護的多巴胺分子在金電極表面以單分子自組裝膜的形式進行負載，并可在生理條件下穩(wěn)定存在. 通過控制電壓，甲基保護的多巴胺被氧化從而脫保護，隨后被還原為多巴胺的形式，實現(xiàn)多巴胺的再生.為了將再生的多巴胺從電極表面釋放，金電極表面電位被調至負電位，破壞多巴胺氨基與金表面的結合，解吸附從而實現(xiàn)多巴胺的釋放（圖4）. 該系統(tǒng)若與柔性多巴胺傳感器、柔性導線及處理系統(tǒng)復合，即可實現(xiàn)對單根神經(jīng)功能的仿生重復. 雖然該系統(tǒng)仍具有過程復雜、不能單電壓刺激釋放、不可重復使用等問題，但為電控釋放神經(jīng)遞質提供了可能，在人工神經(jīng)領域具有很大的潛質.

Fig.4 Electrochemically controlled release of dopamine from flexible electrodes[69]

1.3 器件制備

電化學反應被廣泛地用于導電聚合物的制備等過程［70～72］，該過程在柔性電子中也有所應用，如在電極表面修飾額外的導電高分子層，以提高電極對特定分子的吸附檢測性能等. 而除了表面修飾，柔性電子應用中對材料的圖案化也有很大的需求，尤其是在微電極陣列等領域. 對于金等金屬電極的微圖案化可通過掩模版蒸鍍的方式較易進行，而凝膠等軟材料的微圖案化則較為復雜. 實現(xiàn)這類更適于人體應用的軟材料的圖案化，并與柔性電子基底結合，對柔性電子在可穿戴設備及植入式設備的應用具有重要的意義.

Wang等［73］實現(xiàn)了利用電容器邊緣效應對水凝膠的可控二維圖案化及3D打印，通過改變凝膠的內容物可以實現(xiàn)包括柔性電子在內的不同功能. 然而該方法需用高電壓（3000 V，1 kHz），制備多層結構的基底用于圖案化，且所得水凝膠仍需進一步處理以與基底結合. 而Bao等［74］則利用金屬在電壓控制下的電化學氧化過程，直接在柔性基底上實現(xiàn)了低電壓下更便利的導電水凝膠圖案化過程［圖5（A）］.PEDOT∶PSS［聚（3，4-亞乙二氧基噻吩）-聚（苯乙烯磺酸）］導電聚合物的水相分散液由微凝膠構成，這些微凝膠在高濃度金屬離子的作用下會團聚成膠. 通過電化學氧化電極表面的銅向溶液中釋放銅離子，刺激臨近區(qū)域微凝膠分散液成膠，就可實現(xiàn)電化學成膠并圖案化的過程［圖5（B）］. 銅可通過蒸鍍等方法負載到各種柔性電子基底上，包括導電的金、碳材料、以及可拉伸的PDMS（聚二甲基硅氧烷）等彈性體表面，從而實現(xiàn)PEDOT∶PSS導電水凝膠在多種表面的圖案化［圖5（C）］，具有更小的限制，更方便的過程及更廣泛的應用前景.

Fig.5 On surface electrochemical fabrication of flexible devices[74]

1.4 小 結

電化學反應可以將分子與電流/電壓聯(lián)系到一起，實現(xiàn)化合物與電子器件在界面的交互. 一方面降低了化合物檢測的要求，使得其傳感器小型化、柔性化成為可能；另一方面為通過電子器件直接控制化合物提供了基礎.

在化學傳感方面，柔性傳感器發(fā)展勢頭正盛，研究者針對于不同體液、不同目標分子、不同應用場景設計了多種多樣的傳感機制，對其可穿戴化、植入化以及與其它傳感器的整合也有所研究. 目前柔性化學/生物傳感器可檢測的目標物有限，主要集中在代謝產(chǎn)物及無機鹽離子，如葡萄糖、鈉鉀離子等，而對于分泌物中一些與疾病密切相關的微量蛋白，現(xiàn)有柔性傳感器報道較少. 開發(fā)新型的電化學過程以實現(xiàn)體表蛋白質的高靈敏檢測，是柔性化學傳感器一個重要方向. 后續(xù)的研究重點還在于拓展可選擇材料的范圍，進一步降低成本簡化制備過程，增加可檢測化合物種類及傳感器的靈敏度、選擇性、穩(wěn)定性和壽命. 應用方面則應進一步提升設備的智能化程度，如通過人工智能、大數(shù)據(jù)等技術對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行分析，以達到實時的疾病檢測、預警與健康管理等應用.

在化合物的控制方面，研究主要關注于利用電化學反應制備材料. 除了單純的材料制備，柔性電子方面也應利用電活性材料的性質，嘗試結合電化學過程和電磁場控制等方式，制備結構功能更復雜的器件和復合材料等，以尋找更適合人體應用的體系. 對于電控的可控釋放體系少有研究，使用電壓/電流直接控制化合物如神經(jīng)遞質、藥物等分子的釋放，具有簡單直接、響應靈敏迅速等優(yōu)點，同時可以省略附加的釋放刺激器件（如電熱釋放），簡化體系設計，很契合柔性健康管理系統(tǒng). 此過程對于實現(xiàn)可穿戴智能藥物釋放設備具有重要的價值，如葡萄糖化學傳感器與胰島素電控釋放器串聯(lián)實現(xiàn)仿生的糖尿病自動管理，電生理信號（如心電）控制的特定藥物（如心臟病治療藥物）的釋放等.

2 表面改性與修飾

2.1 表面改性與共價修飾

柔性電子領域的發(fā)展涉及到了新的材料，新的工藝，不同材料之間的結合，以及各種應用場景.受限于材料不同的表界面性質，其應用過程中可能會遇到各種問題，如不同材料之間的黏附整合，柔性器件與基底的結合，器件的功能表面受環(huán)境影響等. 為了充分利用材料性能并最小化這些問題，有時需要在保持其本體性質的情況下僅改變其表面性質，以賦予其新的特性或功能，如對材料和器件表面進行改性、修飾等.

表面改性是通過特定手段改變表面的親疏水性、表面能等性質，再利用這些性質的變化實現(xiàn)新的功能化過程. 表面改性還可通過共價修飾實現(xiàn)，但其目的在于改變表面的親疏水性等性質，而不會引入特殊的功能. 如果共價修飾時通過引入特定的化學結構賦予其更為復雜而特化的功能，則實現(xiàn)了表面功能化修飾.

表面改性在柔性電子中應用廣泛，主要集中于調控表面的親疏水性以實現(xiàn)特定材料的黏附和結合，或者利用親疏水性的區(qū)域性差異實現(xiàn)表面的圖案功能化等. 在改性方法中，最簡單常用的是等離子體（Plasma）處理的方式［75～77］. 等離子體表面處理可以增強大多數(shù)材料表面的親水性，而且可以引入羥基等易于后續(xù)修飾的基團，不論是在表面改性還是功能化修飾中都有重要的作用. 除了表面改性，等離子體也可以處理電極材料實現(xiàn)摻雜等過程，提升其性能和在柔性電子中的應用效果［78］.

Fig.6 Tuning surface properties to assist the fabrication of flexible electronics via surface modification

僅利用簡單的等離子表面處理進行改性，Chen等［79］控制彈性體基底表面的親疏水性，制備出了同時具有高拉伸率和高應變系數(shù)（Gauge Factor，GF）的應變傳感器. 碳納米管（CNT）的溶液在干燥過程中由于咖啡環(huán)效應可在基底上形成CNT環(huán)［80］，利用該效應控制液滴大小和位置能夠通過CNT環(huán)之間的連接進行圖案化打印過程［圖6（A）］. 然而該過程中CNT溶液只能利用表面張力保持圓形的結構，不能對CNT 環(huán)本身進行圖案化，限制了其應用. Chen 等［79］利用掩模版對彈性基底進行了選擇性的等離子體處理，使其表面出現(xiàn)圖案化的親水區(qū)域，CNT水溶液在基底表面會被限制于親水區(qū)域，干燥后即可沿該區(qū)域邊緣形成相應圖案的CNT 環(huán). 隨著溶劑的揮發(fā)，該CNT 環(huán)會出現(xiàn)外圍厚內側薄的厚度梯度［圖6（B）］，薄的區(qū)域具有高的拉伸率，厚的區(qū)域具有高的GF，這樣的新型梯度結構應變傳感器便同時實現(xiàn)了高拉伸率和高GF，并在上萬次循環(huán)后仍保持穩(wěn)定的性能［圖6（C）］. 通過表面改性控制表面與液體的親和力，從而實現(xiàn)區(qū)域功能化的方法也可用于其它體系，為柔性器件的制備提供了一種便利的新方法.

表面改性除了簡單的利用等離子體實現(xiàn)親水化，也有通過共價修飾提高表面疏水性，以實現(xiàn)所需效果的應用. Cho和Lee等［81］通過紫外-臭氧（UVO）處理彈性基底表面產(chǎn)生羥基，再區(qū)域選擇性地對外圍進行全氟烷烴的修飾，從而實現(xiàn)了表面的親疏水性區(qū)域化. 彈性基底表面通過預處理具有彎曲結構，在使用銀納米線水溶液進行滴涂時，疏水表面部分的溶液會向親水表面定向移動，過程中彎曲結構內存留液體中的銀納米線會產(chǎn)生取向. 因此在外圍疏水表面可以得到單取向的銀納米線網(wǎng)絡，在沿取向的應變下電阻變化較小，作為電極使用. 而在親水表面區(qū)域溶液不會定向移動，干燥后得到的是隨機網(wǎng)絡，在應變下產(chǎn)生的電阻變化較大，作為功能性區(qū)域使用［圖6（D）］. 由此通過表面親疏水性的控制，得到了一體化的區(qū)域功能化應變傳感器；通過附加含有溫敏染料的彈性層，還可以外加恒定電流實現(xiàn)應變控制的區(qū)域性加熱和熱致顯色功能［圖6（E）］.

除去親疏水性，其它表面性質在柔性電子應用中也需進行改性調控. 如在柔性有機薄膜晶體管（OTFT）中，作為柵極絕緣層（GI）的高分子材料需要具有高的介電常數(shù)，然而由于這類材料表面的極化特性，它們直接與有機半導體層相接觸時會大大降低OTFT的性能［82，83］. 通過表面修飾有機硅烷的單分子層（SAM），可以改變其表面性質從而消除對OTFT性能的影響. Cho等［84］針對這一應用研究了通用化的修飾改性方法. 對于含有羥基的高分子材料，可以通過傳統(tǒng)的UVO處理增加表面羥基含量用于SAM修飾；而對于不含羥基的高分子，則使用了新發(fā)展的熱輔助光酸化氧化（Heat-assisted photo-acidic oxidation，HAPO）的方法在表面產(chǎn)生羥基并用于改性修飾［圖6（F）］. 改性過程不會影響GI材料本身的性能，而改性后的表面也不會再影響與之接觸的有機半導體層，從而可實現(xiàn)高于未經(jīng)改性材料的OTFT性能［圖6（G）］.

表面改性用于改變材料的表面性質，而表面功能化修飾則是要賦予表面新的性質從而實現(xiàn)特定的功能化過程. 其功能化取決于所修飾分子的結構性質，如在化學傳感器中共價修飾酶和反應催化劑賦予其對特定分子的選擇性，表面修飾特定官能團用于界面共價連接、引發(fā)聚合等.

柔性電子器件在應用過程中會接觸各種環(huán)境和表面，因此對器件的功能表面，尤其是傳感器電極的保護十分重要. 如化學傳感器中可以通過附加高分子層等手段固定其中的酶、催化劑類的功能分子并起到保護作用，避免與液體接觸過程中的脫附分解等問題［44］. 而在電生理信號檢測中也經(jīng)常用到電極，隨著可穿戴式電生理信號監(jiān)測設備的發(fā)展，長時間連續(xù)實時監(jiān)測成為一大趨勢. 長時間監(jiān)測中人體不可避免地會產(chǎn)生汗液、油脂等分泌物對電極-皮膚界面造成影響，為了實現(xiàn)長時間穩(wěn)定的性能，可以通過改變電極的結構，如使用納米網(wǎng)狀電極、超薄電極、仿生微結構電極等方法［85～90］，也可以對電極表面進行修飾，賦予其不受汗液和油污等影響的功能，實現(xiàn)長時間性能穩(wěn)定性.

Chen等［91］通過對可拉伸皮膚電極表面的修飾，賦予了其抗油脂污染的功能，從而保證了電極在長時間連續(xù)工作過程中不會受到皮膚表面分泌油脂的影響. 利用金硫相互作用，可在可拉伸金電極表面修飾引發(fā)劑，再通過面引發(fā)活性自由基聚合于金表面修飾兩性離子寡聚物，降低對油性物質的吸附，從而實現(xiàn)抗油污效果［圖7（A）］. 在應用于肌電信號的檢測時，沾染了皮膚分泌的油脂后，由于兩性離子的抗油和親水效果，電極表面經(jīng)過簡單的水洗即可恢復初始性能和高信噪比. 同時，得益于共價修飾的穩(wěn)定性，經(jīng)過20次油污-清洗循環(huán)后，該表面修飾的柔性電極性能仍未表現(xiàn)出明顯的變化，而未經(jīng)修飾的電極電學性能已顯著降低［圖7（B）］.

除了直接在表面引入化學結構賦予其功能，還可通過控制表面化學，實現(xiàn)表面區(qū)域選擇性的反應，從而得到功能化網(wǎng)絡. Zheng等［92］通過3D打印得到表面性質區(qū)域化的立體材料，經(jīng)過簡單的后續(xù)反應即可得到復雜的三維互相穿插的導電網(wǎng)絡和電路結構，為制備復雜的立體柔性電子器件提供了便利的手段. 3D打印過程中使用了不同的高分子，分別為電中性、正電性和負電性材料，利用多通道打印技術，可以得到不同電性材料立體鑲嵌的結構，隨后使用鈀陽離子/陰離子的溶液處理，基于異種電荷互相吸引，具有催化功能的鈀會自發(fā)地吸附于特定區(qū)域. 隨后浸泡于帶有不同電荷的金屬鹽中，利用鈀催化還原，完成僅在負電/正電高分子骨架上的金屬沉積過程（鎳、銅、四氧化三鐵等）. 通過使用不同的離子溶液處理，即可得到復雜而互不干擾的雙重導電網(wǎng)絡或電路，還可以利用3D打印得到一體成型的多功能傳感設備. 此外，通過改變所使用高分子材料的機械學性能、熱力學性能，使用更多的打印通道等方法，可以實現(xiàn)高分子骨架性能和導電網(wǎng)絡性能的設計與控制，從而有望用于制備更為復雜的立體柔性器件和設備.

Fig.7 Covalent modification on surfaces of flexible electronics for enhancing performances[91]

2.2 水凝膠表面賦層

相比于高分子柔性材料，水凝膠具有更低的模量，更接近皮膚、器官等生物組織的力學性能；同時，水凝膠的高含水量使其具有更好的生物相容性，凝膠內含物質的多樣性也使其可以具有多種功能［93～99］. 與生物組織相近的力學性能使水凝膠可以實現(xiàn)更好的共形貼附，而功能的多樣性使得水凝膠可以實現(xiàn)多種用途，因此在柔性電子中具有重要的應用價值，如作為可拉伸電極、導線、致動器等［100～104］. 然而水凝膠的使用不僅受益于其含水量，同時也受限于其含水量. 由于水凝膠在空氣中使用時含有的水會揮發(fā)，在高濕度、生物體內或水環(huán)境中則會發(fā)生溶脹，兩者都會導致水凝膠性能的下降乃至損壞，因此對使用環(huán)境和時長造成了很大的限制.

為了解決失水問題拓展水凝膠的可用場景，可以通過增加水凝膠內鹽濃度的方法，使失水-吸潮達到平衡，保持其性能［105］. 然而高的鹽濃度會對生物體產(chǎn)生刺激，限制其在生物體系中的應用；并且達到平衡時鹽濃度與空氣濕度具有對應關系，隨濕度變化其水含量仍會發(fā)生變化，不具有普適性. 內部添加物的方法解決失水問題有一定缺陷，且不能解決吸水問題，對水凝膠表面進行修飾，隔絕其與外部環(huán)境的接觸是更為可行、效果更好的方法. 而簡單的表面分子修飾難以實現(xiàn)隔斷效果，因此常用的方法是在水凝膠外額外修飾一層新的材料，從而達到預期的目的.

有機凝膠具有與水凝膠相同的基礎高分子網(wǎng)絡結構［106～109］，而疏水的高沸點有機填充溶劑可以避免水的滲透從而達到隔斷效果，因此在水凝膠保護的應用中具有天然的優(yōu)勢. 通過不同的水凝膠表界面聚合方法，可以實現(xiàn)水凝膠/有機凝膠高分子網(wǎng)絡的共價或物理交聯(lián)，從而得到結合穩(wěn)定的表面保護層. Jeon等［110］將含有自由基引發(fā)劑的水凝膠浸泡在疏水丙烯酸酯單體的溶液中，在水凝膠表面引發(fā)聚合. 由于引發(fā)劑被限制在水凝膠內，而疏水單體無法向水凝膠內擴散，聚合被限制在界面處，從而在水凝膠表面得到了與水凝膠網(wǎng)絡相互穿插的疏水高分子網(wǎng)絡. 該網(wǎng)絡在高沸點硅油中溶脹后即可形成有機凝膠［圖8（A）］，并起到抵抗失水/吸水的效果［圖8（B）］. Liu 等［111］則利用水凝膠表面修飾可聚合單體的方法，得到了共價連接的有機凝膠保護層，同樣可以起到抵抗失水/吸水的效果［圖8（C）］. 由于該方法有機凝膠的聚合不局限于界面范圍內，其厚度可以進行隨意的控制. 通過激光刻蝕的方法選擇性地去除部分有機凝膠保護層，還可以得到溶劑驅動的制動器等響應性柔性體系［圖8（D）］. 這些材料未涉及電學相關功能，但可以作為柔性設備的基底使用.

Fig.8 Integrating organogel layers on surface of hydrogels for protection and functionalization

Fig.9 Covalently linking elastomers with hydrogels to realize gel protection and functionalization

在與柔性器件相關的研究中，已商業(yè)化的成熟彈性體材料是表面保護層的選擇之一. 與有機凝膠保護體系類似，彈性體保護層也可通過表面引發(fā)聚合和直接共價連接的方式實現(xiàn). Pu，Hu 和Wang等［112］通過在彈性體表面引發(fā)水凝膠聚合的方式，實現(xiàn)了對水凝膠的包覆保護過程［圖9（A）］. 該彈性體層不僅可以實現(xiàn)抵抗失水/吸水的效果，還賦予了整個復合材料納米摩擦發(fā)電機的功能. 通過與皮膚的接觸、摩擦、變形等過程，該柔性器件可以輸出一定的電流［圖9（B）］；對器件結構進行一定的設計，還可以得到不同的形變傳感器等器件. Suo等［113］則在彈性體和水凝膠結構中引入了可以互相反應的硅氧烷基團，通過界面處的反應實現(xiàn)保護層和水凝膠的共價連接［圖9（C）］. 水凝膠內部添加了吸水鹽類，與保護層共同作用下起到了出色的保水效果（50 d內含水量保持穩(wěn)定），并且賦予了水凝膠離子導電性. 纖維狀的復合材料可以作為柔性導體使用，并且在彈性體層的保護下可以經(jīng)歷水洗而不發(fā)生溶脹或明顯的性能下降，在柔性電子紡織物中具有一定的應用前景.

2.3 小 結

柔性器件可應用于多種材料、技術及應用場景等. 器件的使用和制備過程中不可避免會遇到由于材料表面性質、不同材料間接觸界面帶來的問題，或者由于環(huán)境因素帶來的不穩(wěn)定性、性能下降等.為了改變材料表界面性質以互相匹配，或者賦予表面特殊的功能及保護層等，必須對一些材料和器件的表面進行改性和修飾. 通過改變材料的表面性質（如親/疏水性等），可以更便利地進行器件制備，提高器件性能等；對材料和器件表面進行的分子級或層級的修飾，可以賦予材料額外的功能，保護器件并維持其性能的穩(wěn)定性.

柔性電子中的表面修飾主要在于器件的加工制備、材料的穩(wěn)定性等方面，并有長足的發(fā)展，然而極少涉及器件-基底界面的相關問題. 如在生物醫(yī)用材料領域中，表面修飾還被廣泛地用于抗生物黏附，提高生物相容性等，而柔性電子應用中該類修飾較少，重點仍關注于材料力學性能與人體皮膚、器官等匹配，高黏附，拉伸導電性等方向，隨著柔性電子器件在植入式設備應用的推進［114～118］，長時間穩(wěn)定性、安全性等問題會逐步體現(xiàn)出來，表面修飾的方法在解決這些問題方面具有很高的潛能，仍有很大的研究空間. 此外，隨著柔性設備應用范圍的拓展，也會促進柔性光學器件的研究，通過表面修飾的方法不僅可以防止磨損，引入手性分子層還可以為器件帶來額外的旋光性能［119～123］，為設備功能的多樣化提供基礎.

3 不同柔性層的界面連接

3.1 層間共價結合

為了實現(xiàn)柔性器件功能的復雜化、多樣化，其制備中會涉及到不同材料層，如柔性基底、導電層、功能層之間的結合. 其中由于常用導電材料（金屬、碳材料、導電聚合物等）的力學性能與柔性基底差別較大，而且通常結合力較弱，導致柔性導線和器件在長時間和循環(huán)使用中會產(chǎn)生性能不穩(wěn)定等問題. 導電水凝膠等材料雖然本身具有較好的可拉伸性，但其含有的水阻礙了水凝膠與其它柔性材料、功能材料的結合，限制了其在柔性設備中的應用. 為了解決這些問題，增強導電層、功能層和柔性基底之間的結合力是一種簡單直接而有效的方法. 僅是簡單的將導電層材料物理包覆在彈性基底表層內部，即可實現(xiàn)穩(wěn)定性的大幅提升［124］. 其放置360 d后電阻仍未發(fā)生明顯變化，而表層外負載導電材料的器件在放置60 d后電阻即上升了超過100%.

物理包覆會增加器件的厚度、加工復雜程度，并且可用材料體系有限，通過界面化學的方式直接共價連接不同材料則更加通用，對柔性器件本身帶來的影響也較小. Liao等［125］對PDMS彈性基底表面進行等離子體處理，使PDMS表面出現(xiàn)了羥基等親水基團，隨后可以將銀膠負載或打印到PDMS表面，得到柔性的導體或器件. 由于使用的銀膠主要成分包括了環(huán)氧樹脂，親水化的基底表面可以與之產(chǎn)生更大的結合力，而且等離子體處理產(chǎn)生的羥基也可與環(huán)氧樹脂發(fā)生反應，通過共價連接產(chǎn)生更強的結合力. 高的結合力使柔性導體表面的導電層可以穩(wěn)定存在［圖10（A）］，不會受到溶劑、超聲等處理的影響，且電阻隨拉伸變化較小，具有較好的柔性導體/器件性能［圖10（B）］. 然而該方法對導電金屬層有特殊要求（含有可反應成分），不適用于常用的金屬沉積等體系.

水凝膠類材料在柔性電子應用中多作為與生物體直接接觸的功能層使用，用于提高界面黏附能力，對特定化合物和生理信號進行檢測收集等. 為了保證信號的收集和傳遞，以及器件的穩(wěn)定性，水凝膠與導電層或基底之間需要有緊密的結合. 為了實現(xiàn)該目的，可以將兩者直接進行共價連接. Zhao等［126］將韌性水凝膠與固體基底通過共價方式連接，實現(xiàn)了高強度的結合，并為丙烯酸類水凝膠與固體基底的結合提供了一種通用的方法. 通過對固體表面處理修飾得到帶有甲基丙烯酸酯的表面分子層，與水凝膠溶液中的單體共聚合之后即可實現(xiàn)兩者之間的高強度共價連接. 基于此方法，Ko等［127］將離子導電水凝膠共價結合到柔性基底上，利用仿唾液的原理得到了可以檢測單寧酸的人工舌頭［圖10（C）］. 在單寧酸的作用下水凝膠內部會發(fā)生團聚，產(chǎn)生利于離子移動的納米通道從而提高其離子導電性. 功能水凝膠與負載了檢測電極的柔性基底之間的穩(wěn)定結合，可以有效地避免由于層間滑動等原因導致的噪音，保證其準確性.

Fig.10 Covalent bond linking between different functional layers in flexible electronics

上述水凝膠結合體系中使用的是單體溶液表面聚合的方法，受限于液體的流動性，該方法得到的水凝膠層與基底層具有互補的結構，而不能得到各自的微結構或層間空腔、孔道等. Zhao等［128］利用物理交聯(lián)得到具有固體形態(tài)的含單體預聚水凝膠，可以規(guī)避上述問題得到具有孔道結構的柔性器件. 彈性基底表面溶脹吸附二苯甲酮后，在紫外光照下可產(chǎn)生自由基直接引發(fā)預凝膠內單體聚合［圖10（D）］，在物理交聯(lián)網(wǎng)絡之外再得到第2層與基底共價連接的高分子網(wǎng)絡，從而同時實現(xiàn)水凝膠的增韌和與基底的高強度結合. 利用該方法可以得到含有圖案化孔道的柔性器件，用于微流控芯片、化合物監(jiān)測等方面［圖10（E）］. 此外，基于該方法，他們還得到了水凝膠-彈性體封裝的活體材料和器件，利用水凝膠的物質通透性和彈性體的氣體通透性保持內部微結構所包含細菌的活性及化合物傳感器功能［129］.

3.2 化學過程輔助的層間物理交聯(lián)

丙烯酸類水凝膠等材料由于其化學結構容易實現(xiàn)與基底的共價修飾，而一些柔性電子中常用的導電材料如金屬（蒸鍍）、PEDOT∶PSS水凝膠、聚吡咯導電聚合物等，受限于其制備方法及缺乏活性反應官能團，難以通過共價方式與基底進行連接. 對于這些導電材料，通過控制表界面的化學修飾或化學過程，利用物理交聯(lián)的手段，使導電材料與基底穩(wěn)定結合在了一起.

PEDOT∶PSS導電聚合物同時具有出色的生物相容性、導電性能和柔性［130，131］，然而其缺乏活性反應基團，導致其與其它固體基底（彈性體、金屬電極等）結合力較弱，在長時間使用和形變過程中，尤其是在體內等濕環(huán)境下不穩(wěn)定. 為了解決該問題，Zhao等［132］在固體基底表面引入了額外的黏附層. 該黏附層為共價修飾到表面的親水高分子層，厚度僅數(shù)納米，在將導電聚合物通過噴涂、旋涂、電化學沉積等方式負載到表面時，其高分子鏈會與該親水高分子層通過非共價作用產(chǎn)生物理交聯(lián)［圖11（A）］，從而實現(xiàn)穩(wěn)定的結合，即使在水中超聲處理后仍不會脫落［圖11（B）］. 該方法同樣適用于其它導電高分子如聚吡咯、聚苯胺等，可以實現(xiàn)對柔性電極陣列的表面修飾，從而提高其生物相容性和與生物體的黏附性［圖11（C）］.

Fig.11 Surface chemistry assisted physical interlocking enabled strong interlayer binding in flexible electronics

上述方法對基底表面的多步共價修飾步驟較多且對基底選擇有一定的限制. 而Ong和Chen等［133］為了同時利用蠶絲蛋白（SF）和導電聚吡咯（PPy）的優(yōu)勢，通過單純的物理交聯(lián)將兩者結合在了一起.SF摻入鹽后會具有對水響應的黏附性，在高濕度或人體出汗后的條件下與皮膚的黏附性會上升，因此適合作為抗汗黏附層使用；PPy 具有較高的導電性和生物相容性，適合作為電流收集層使用. 然而二者力學性能不匹配，且不適合進行層間共價連接，因此將PPy聚合的引發(fā)劑摻入SF層中，利用界面引發(fā)吡咯聚合的方法，得到了具有物理穿插交聯(lián)結構的雙層電極［圖11（D）］. 基于該物理交聯(lián)網(wǎng)絡，電極表現(xiàn)出良好的整體拉伸性、抗汗性及與皮膚的共形黏附，可用于日常運動過程中電生理信號的實時監(jiān)測而不會受到皮膚表面汗液的影響.

金屬類導電層不具備活性基團，也不能通過“聚合”形成與基底的物理纏結，因此更難通過上述方法實現(xiàn)層間的穩(wěn)固結合. Chen等［134］通過仿樹根結構實現(xiàn)了導電金層與彈性體基底的穩(wěn)定結合. 為了得到該結構，首先通過模板法制備出具有微納結構的金層，再將PDMS 預聚物與之結合，聚合后得到了規(guī)則的穿插結構［圖11（E）］. 該方法得到的金-PDMS 可拉伸導體具有更高的層間結合力和性能［圖11（F）］，然而制備步驟復雜不適用于大量制備. 隨后使用半固化的PDMS作為基底，利用基底的界面聚合代替導電層的聚合，在金屬蒸鍍過程中同時完成金微納結構的形成與包埋［圖11（G）］，從而一步得到了具有仿樹根結構的高層間結合力的金-PDMS，并適于大批量生產(chǎn)［圖11（H）］［135］.

3.3 柔性設備整體包覆

在柔性電子領域中，除了單獨柔性器件的發(fā)展和性能提升，還有對整體柔性設備制造和應用的研究［24］. 設備的制造使用的大多數(shù)為較成熟的材料體系和技術工藝，因此很少用到前文介紹的界面結合手段，而是關注于電池、電路、芯片等器件與柔性基底的結合及設備整體的柔性、穩(wěn)定性、性能等. 在這類研究中，常用的方法是使用柔性材料對所設計并連接好的電路和芯片等進行整體的包覆.

對于簡單的電路體系，可先將柔性基底成型，得到具有孔道的可拉伸外殼，再將導體材料如液態(tài)金屬注入其中，從而得到功能簡單的柔性設備［圖12（A）］［136］. 對于復雜的電子設備，常用逐層負載與固化的方法. 如Cho和Yeo等［137］通過逐層地進行柔性涂層固化、導電材料沉積、圖案化的過程，最后將所得電路、芯片體系包覆于彈性材料中固化得到了整體柔性的可穿戴器件，可用于電生理信號和溫度的實時監(jiān)測［圖12（B）］. 通過這樣的加工方法，該設備中集成了電源、信號收集、信號處理、無線傳輸?shù)榷喾N功能，具備一定的實用性. 所得的設備只含有一層電路，而多層電路體系利用簡單的逐層固化可得到互不相連、不同功能電路的組合. Jeong等［138］通過逐層的結合與固化可以得到具有三層結構的柔性設備. 其中一層具有溫度和紫外的檢測、處理及顯示功能，一層可發(fā)揮電熱器的功能，最后一層則由低熔點金屬構成［圖12（C）］. 該層在電熱器關閉時保持固態(tài)，固化的金屬賦予設備剛性，電熱器開啟后金屬融化使得設備變?yōu)槿嵝? 這三層電路互不相連，通過彈性體間隔開來并包裹為一個整體.

Fig.12 Encapsulation and integration of entire flexible devices

通過上述方法得到單層電路柔性設備性能有限，為了實現(xiàn)更好的性能，拓展應用范圍，多層電路的三維組合必不可少. 為了實現(xiàn)該目的，Xu等［139］制備了具有層間導電結合點的柔性電路體系，實現(xiàn)了多層三維連接的柔性設備. 在設備的制備過程中，每層電路的設計保證了各層芯片之間不會相互堆疊，避免了厚度的過度增加；電路本身則是在圖案化之后轉移到柔性基底上，隨后經(jīng)過激光燒蝕在預設的位置制造出垂直跨層導電連接位點；各層之間還可以利用焊接劑進行連接，設備整體則使用低模量的彈性體進行包裹，得到了最終的柔性設備. 多層的柔性設備可以增加電路密度，減少設備體積，實現(xiàn)更多功能的一體化，該約3 cm×2 cm×0.11 cm大小的柔性設備即可實現(xiàn)溫度傳感、應變傳感、電生理信號檢測、信號處理與傳輸?shù)裙δ?

3.4 小 結

功能層和基底層之間的結合決定了器件和設備整體的性能及穩(wěn)定性，是在柔性電子走向實用化路上必須要關注的問題. 近年來，研究人員在處于探索階段的柔性器件和傳感器等體系中研究了新的結合機理，提高了不同材料之間的結合及器件的功能性；在使用較為成熟體系的柔性設備整合中，則從技術層面實現(xiàn)了不同電路層的設計、交互、結合及整體的包裹. 目前仍存在的問題有：新型柔性器件實際應用過程中的穩(wěn)定性，柔性器件與傳統(tǒng)剛性電子設備的結合，高柔性電子設備的制造成本及便于大規(guī)模生產(chǎn)的技術工藝等.

在層間結合中，雖然共價結合步驟相對于物理交聯(lián)更為復雜，但可以得到更高和更穩(wěn)定的結合力，因此發(fā)展更為簡化通用的共價連接方式具有重要意義；而對于不具備活性基團的材料，也可以探索新的化學過程及相互作用在該體系中的應用，如利用硫金相互作用實現(xiàn)金與柔性基底的穩(wěn)定結合等. 此外，不同柔性器件之間的整合，軟硬電子器件的結合，除了研究力學性能匹配、穩(wěn)定的一體化連接等方法，還可探究多通道3D打印實現(xiàn)不同材料的原位結合，以及在器件表面引入特殊的物理結構和分子結構等，用于幫助自發(fā)或外源控制的“樂高積木”式器件組合，從而實現(xiàn)柔性器件的模塊化制備和個性化組合.

4 總結與展望

柔性電子學是化學、材料與物理相結合的交叉研究領域，考慮到其應用范圍，還會與生物醫(yī)學、人工智能、機器人等領域有極大的交集. 這樣的綜合領域具有廣闊的研究和應用前景，表界面化學在其中也具有重要的地位. 一方面，利用表界面電化學過程，可以定量地將特定化合物濃度轉化為器件內的電流，從而制備檢測更加迅速、準確，且小型化的化合物傳感器，是柔性電子在生理監(jiān)測、仿生器件、人機交互等領域中應用的重要基礎之一. 另一方面，柔性器件和設備的制備涉及到多種材料，材料互相之間的結合基于其表界面性質及反應性，而力學性能的不匹配還要求不同功能層之間具有高的結合力，以避免層分離的發(fā)生. 此外，柔性器件的應用過程中還涉及到很多其它表界面問題，如器件（電極、應變傳感器等）與基底（皮膚、器官等）的黏附，濕環(huán)境中的應用等，但這些問題的解決方案一般不會用到表界面“化學”的手段，因此本文未予討論.

由于這些原因，表界面化學雖然鮮少在柔性電子領域中作為關注點單獨研究，但經(jīng)常被作為工具應用于這些體系之中. 除了化學傳感器，通過控制材料表面的性質，如親疏水性，反應基團的修飾，高分子鏈的負載等，可以實現(xiàn)不同材料之間的穩(wěn)定結合，簡化器件和設備的制造過程，提高其性能，延長使用壽命等，發(fā)揮了重要的作用.

目前仍有很多柔性電子的表界面問題尚未解決，如穩(wěn)定而通用的導體-基底結合，柔性器件與剛性芯片的結合，不同力學性能材料的結合及應力/應變分散等. 表界面化學的發(fā)展可以對解決這些問題進行助力. 除了關注于現(xiàn)存問題，柔性電子領域還可以從其它領域吸取經(jīng)驗，拓展表界面化學的應用.如在可植入式柔性設備表面進行修飾，提高其生物相容性和抗生物吸附能力，從而提高安全性并延長體內的使用壽命；利用不具備活性基團的導電材料表面修飾實現(xiàn)與基底的共價連接，從而得到更穩(wěn)定的柔性導體與器件等；以此拓展可用材料體系，加速柔性電子學的發(fā)展.