当前，全球柔性电子技术市场前景广阔，发展势头迅猛。据IDTechEx预测，到2028年全球柔性电子产业总值将达3010亿美元，2011年到2028年复合增长率为30%，处于长期高速增长态势。以可穿戴传感器市场为例，中国科学院文献情报中心发布的《可穿戴传感器产业技术分析报告》中指出，到2020年中国可穿戴设备市场规模将高达767.4亿元。

中国宁波素有“磁都”之称，近年来已经成为全球重要的磁性材料生产基地之一。坐落于此的中国科学院磁性材料与器件重点实验室，自2011年成立至今，一直致力于新型磁性材料和器件的应用基础研究和高技术研发，有力地推动了中国该领域的前瞻研究和科技成果的转移转化。

近日，中科院磁性材料与器件重点实验室主任李润伟在接受本刊记者专访时表示，在人工智能、可穿戴以及可植入技术研究在国内兴起前，实验室已经将其确立为主要的发展方向，并成立了磁电子材料与器件研究室，

研究恰逢其时

1997年，从中央民族大学毕业的李润伟进入中国科学院物理研究所继续深造。2002年顺利获得博士学位后，他受日本学术振兴会资助前往大阪大学产业科学研究所担任JSPS研究员。之后又受德国洪堡基金会资助，去往德国凯泽斯劳滕大学担任“洪堡学者”并从事相关研究。

李润伟对记者说：“2005年2月，我作为高级研究员加入日本国家材料科学研究所国际青年科学家中心，2008年3月入选中科院“百人计划”并回国加入中科院宁波材料技术与工程研究所。之后便一直致力于柔性磁电功能材料、物理及器件方面的研究。”

为了能够更好地服务国家及地方产业的重大需求，推动区域经济转型升级，2010年李润伟带领团队筹建了浙江省第一个中科院重点实验室——中科院磁性材料与器件重点实验室，并布局了稀土永磁材料、非晶软磁材料、磁性纳米材料、磁电子材料与器件四个主要研究方向。

李润伟表示：“我们建立实验室的初衷是希望以此推动宁波市以及浙江省磁性材料与器件的基础研究、人才培养和科技成果转化。2011年中科院磁性材料与器件重点实验室顺利通过专家验收，令我们的研究工作站到了更高、更好的平台上。”

近年来，随着人工智能、可穿戴以及可植入技术的兴起，李润伟指出，电子器件的柔性化是必然的发展趋势，需要研发柔性化的磁电功能材料和器件，这是一个全新的课题。他们恰逢其时，提前将“柔性磁电功能材料与器件”确立为团队的主要科研方向，并成立了磁电子材料与器件研究室。

十年努力成绩斐然

近年来在李润伟的带领下，磁电子材料与器件研究室始终致力于柔性磁电功能材料与器件研究，重点围绕传感器和存储器开展研究。

记者了解到，研究室得到多项国家“973”课题、国家重点研发计划、国家自然科学基金、中科院科研装备研制计划、中科院重点部署项目、浙江省基金以及公益攻关项目、宁波市创新团队以及重大国际合作项目的支持，累计获得的经费超过1亿元。

李润伟说：“经过十年攻坚，我们研究室取得了一系列具有创新性的研究成果，研发了几类高性能的柔/弹性电致阻变材料与器件，发现了阻变器件的室温量子电导效应，掌握了应力相关多物理场对材料磁性的调控规律，开发出了弹性导体和弹性应变传感器，并在人机交互、运动监测及健康监控方面实现了示范应用。”

基于上述成果，研究室在Chem. Soc. Rev.、Nat. Commun.、Sci. Robot.、Adv. Mater.、Adv. Funct. Mater.、JACS、ACS Nano、PNAS、Appl. Phys. Lett.、Phys. Rev. B等国际权威和著名期刊发表SCI论文260余篇，其中包括封面论文10篇，特邀综述10篇，专著2部，相关成果被国内外同行在Nat. Mater.、Nat. Commun.、Phys. Rev. Lett.、Adv. Mater.等权威期刊重点引用和评述，总SCI他引4000余次。同时，累计申请专利140余项，授权60余项。

截至目前，磁电子材料与器件研究室总计获得各类奖项12项，其中国家自然科学二等奖1项，北京市科学技术一等奖1项，宁波市科技进步奖一等奖3项、二等奖2项，以及中科院院地合作奖优秀产业化项目团队各类行业协会奖励5项。

研究室的迅速发展也带动了人才的成长。团队已经形成了一支结构合理、年富力强的研究队伍，现有固定研究人员33名，其中研究员 9人、客聘研究员5人、副研究员 3人、助理研究员5人、工程师3人、博士后8人；在学研究生46人。

2015年李润伟获得了国家杰出青年基金资助，2016年入选国家万人计划科技创新领军人才，2018年获得宁波市科学技术奖一等奖并入选浙江省特级专家。而团队成员中先后有2人获得国家优秀青年基金支持，3人入选中组部“青年千人计划”，9人入选浙江省“千人计划”。先后培养博士后17人，博士和硕士研究生54人，其中1人获得中科院优秀博士论文，2人获得中科院院长优秀奖学金，6人获得国家奖学金，2人获得中科院朱李月华优博士生奖学金。

三个重点领域硕果累累

李润伟详细介绍道，当前研究室团队正重点围绕柔性磁电功能材料制备与物性研究、多功能阻变信息存储材料与器件、柔性敏感材料与可穿戴器件三个方向开展研究。

他表示，在柔性磁电功能材料制备与物性研究领域，随着近年来可穿戴智能设备等领域的快速发展，使得柔性磁电子传感器受到了广泛关注。

如在柔性衬底上制备磁性薄膜并研究其磁电特性，是发展柔性磁电子器件的重要基础，目前团队已取得的主要研究成果包括：第一，获得应力对柔性磁性薄膜各向异性的调控规律，首次确定了磁性薄膜磁弹各向异性的应力系数。第二，设计并制备了一类具有正温度系数磁各向异性的磁性复合材料，发明了提高磁性薄膜在外加应变环境下的磁各向异性稳定性的新方法；第三，设计并制备了可拉伸的柔性自旋阀磁性传感器，在柔性智能可穿戴设备领域有重要的应用前景。

除了传感器，存储器也是现代信息技术的另一个重要核心。开发基于新结构、新原理和新材料的新型存储器，对信息技术的发展至关重要。而阻变存储器（RRAM）是一种新兴的信息技术，通过外电场对器件电阻状态的精准调控实现信息的编码与存储，具有非易失性、结构简单、易于集成、CMOS工艺兼容等优点。

在多功能阻变信息存储材料与器件方面，研究室团队取得的主要成果包括：第一，澄清了阻变器件中可动离子的种类、来源及迁移路径，由此指导材料设计，研发了具有非晶-纳米晶混合微结构的氧化铪等一系列高性能的阻变介质。第二，阐明了阻变器件中纳米导电通道的动态演化过程，由此指导器件阻态的精确调控，发现了室温量子电导效应，为高密度多态存储提供了新途径。第三，优选光敏材料氧化铈作为阻变介质，获得了可集成光信息的解码、运算与存储功能的阻变器件，并利用阻变效应调控了材料磁畴结构，为高效自旋电子器件研究提供了一种新途径。最后，率先提出采用兼具无机材料稳定性和有机材料柔韧性的金属-有机框架材料作为阻变介质，获得了高稳定的柔性和弹性阻变存储器单元，为探索高性能柔性存储器提供了新思路。

在柔性/弹性磁电功能材料与器件方面的代表性成果包括：第一，发展了兼具高电导率和拉伸稳定性的弹性导体，其拉伸形变超过1000%，且100%拉伸时的电阻波动小于4%。第二，发展了绿色环保的可回收柔性纸基电路，不仅具有抗弯折耐疲劳等优点，更加重要的是实现了电路在制造、使用、回收等全生命周期的绿色化。第三，发展了数字化的柔性触觉传感器。采用LC振荡机理设计电路，当外界应力/应变引起电感值发生变化时，LC电路的振荡频率随之改变，从而实现应力的脉冲编码，为发展数字化仿生电子皮肤提供了一种新方法。    

李润伟说：“我们还发展了可识别穿戴者手势的智能手套和用于膝关节运动监控的智能护膝，在人机交互、人体运动监测领域有重要应用前景。”

产业化推进获佳绩

目前，李润伟带领研究室在弹性导体和弹性应变传感器两个领域取得了不少产业化成果。“这些成果主要应用于人机交互、运动监测和健康监控，需要使用可穿戴电子设备的信息感知和信息传输。”李润伟说。

比如，他们开发出一款能够监测人体运动效果的智能服装，可以通过弹性应变传感器监测穿戴者的运动姿势、运动效果等，再通过弹性导电线缆将监测信号传输至蓝牙等无线发送装置，进而发送到穿戴者的手机等便携终端，从而实跟踪现运动效果的目的。

这一弹性导体、弹性应变传感及其在智能服装上的应用项目，已经获得“宁波镇海—中科院青促会创业大赛一等奖”，并得到“宁波镇海高层次人才创业项目”的支持。

为推广高新技术的成果转让和产业化，磁电子材料与器件研究室已经与多家企业建立了紧密的合作关系。比如与宁波希磁电子科技有限公司合作，在研发高精度、高温度稳定性的TMR磁传感技术方面取得了重要进展，对开发高精度的电流传感器非常重要，相关工作获得了宁波市重大国际合作项目的支持。

磁研究室团队还与宁波柯力传感器公司合作，研发了基于磁致伸缩材料的称重传感器和基于永磁悬臂梁结构的张力传感器，有力地促进了企业传感技术创新，相关工作获宁波市重大科技专项支持，并荣获宁波市科技进步二等奖。

李润伟说：“我们研究室与德国Bosch、日本NGK、安泰科技、希磁科技、宁波韵升等国内外知名企业都建立了稳固的合作关系，已经合作项目近40项。2018年我们还注册成立了宁波韧和科技有限公司，如今正在推进弹性导体和弹性应变传感器相关项目的产业化工作。”

柔性电子技术将带来技术革命

当前，诸多跨国公司和国际著名研究机构都正致力于柔性电子技术研发，譬如IBM、飞利浦、LG、索尼、夏普、三星、通用等知名企业均投入了大量人力和资金开发相关产品，计划将其普及到家庭和个人应用。

对于今后柔性电子技术的发展前景，李润伟指出，柔性电子技术无疑将带来一场电子技术革命，其具有强大生命力和发展潜力，而柔性磁电功能材料与传感器正是柔性电子技术的核心，同时也是极具挑战的方向。

李润伟表示：“我认为，今后该领域的重点科研发展方向包括，用于传输能量和数据、柔性或者弹性的弹性导电功能材料，比如半导体材料、介电材料、磁性材料、热电材料等；用于构建柔性或者弹性的基础元器件，以及用于人体运动和生理信号探测等的柔性和弹性传感器。”

但相对而言，柔性智能可穿戴传感器仍是一个较新的研究领域，李润伟指出，如何将柔性材料智能化以及智能材料柔性化依然是“挑战与机遇并存”。

对此，他建议今后一是要瞄准柔性电子产业链条的两端，在研发创新上攻坚克难，同时注重品牌塑造，以期获取更高的附加值；二是要聚焦柔性电子创新链的瓶颈，即材料和工艺，重点突破核心关键技术，争取领跑柔性智能产业。

“我们团队未来打算重点研发用于电信号传输的新型弹性导线，用于可穿戴设备的新型弹性传感器，以及用于运动状态实时评估的智能手套和运动损伤预警的智能护具等。”

他对记者透露，最近研究室已研发出了一种可拉伸、性能稳定的弹性导电材料，可探测脉搏、肌电、心电等生理信号的应力应变传感器，可用于人机交互的应力传感器以及可数字化的柔性触觉传感器等。 

更多内容请订阅《高科技与产业化》杂志

更多内容请订阅《高科技与产业化》杂志

地址：北京市海淀区中关村北四环西路33号（100190）
电话：010-62539197

传真：010-82626600
邮箱:hitech@mail.las.ac.cn

网址：http://www.hitech.ac.cn

全年12期，58元/期，全年订价696元

邮发代号：82-741

刊号：ISSN1006-222X CN11-3556/N