亚洲大学开发可折叠3D电子器件技术

by Lim Chunhan

Published 12 Nov.2025 07:18(KST)

柔性结构推动下一代可穿戴设备发展

亚洲大学研究团队开发出一项新技术，能够同时解决电子装置在折叠部位出现的导电性下降和耐久性极限问题。这项技术可使处于二维平面状态的电子装置自由折叠和展开，变形为三维立体结构，被视为加速实现可变形下一代显示器和可穿戴设备商业化的核心技术。

在柔性高分子电极器件（PEDOT:PSS）中内嵌尼龙纤维，即使多次折叠和拉伸也能保持高耐久性的折纸电子器件示意图。图中展示了高分子电극器件分子间网络结构带来的折叠稳定性，以及由于内嵌尼龙纤维而在拉伸力作用下也能防止撕裂的现象。亚洲大学提供

亚洲大学表示，机械工程系教授 Han Seungyong 研究团队成功开发出高强度、高柔性的纤维增强折纸电子装置，并于12日对外公布。本次研究在韩国研究财团纳米材料技术开发项目和中坚研究项目的支持下完成。

折纸（Origami）意为“纸折叠”，近年来，随着利用柔性电子器件实现折叠、展开等三维形状变换的技术备受关注，将折纸结构应用于显示器等电子装置的尝试日益活跃。正如可以将薄而轻的二维平面纸张通过多种折叠方式制成多样的三维立体结构一样，研究者希望通过借鉴折纸，实现尽可能轻巧小型的电子装置。

如果能够像“纸折叠”那样，利用柔性材料实现电子装置在无约束条件下多次折叠、展开，甚至揉皱后再铺开的功能，那么不仅我们所憧憬的下一代显示器有望实现，在航天产业、可穿戴设备和软体机器人等领域也都具有广泛的应用前景。

以目前的技术水平面向消费者推出的显示技术，大致停留在具有两个折叠处、可折叠两次的手机上，尚可实现向内折叠的“内折”，但向外折叠的“外折”仍难以实现。然而，如果采用亚洲大学研究团队此次开发的方法，内折与外折都可以自由实现。

迄今为止，这项技术难以真正应用于产品的最大原因在于：在将二维平面折叠成三维结构的过程中，折叠部位的导电性发生变化且耐久性下降。在多次折叠和展开过程中，电极会被撕裂或导电性急剧下降，导致性能不稳定，并因反复变形而出现耐久性大幅降低的局限。这被视为平面结构电子装置向立体结构发展过程中必须解决的问题。

为克服这一局限，亚洲大学研究团队一直致力于利用纤维，尤其是“尼龙”来解决上述问题。研究团队在可折叠的柔性高分子材料基电极（PEDOT:PSS）中嵌入不易撕裂的尼龙纤维，制备了复合结构。团队开发的柔性电极能够在显示装置折叠过程中最大限度降低弯曲应力并抑制导电性变化，从根本上解决了既有技术在反复折叠时出现的性能下降问题。尼龙纤维对柔性材料起到补强作用，既可防止撕裂，又能提高耐久性。

研究团队确认，新开发的电子装置在超过2万次反复折叠与展开后，仍能稳定保持其机械和电学特性。研究团队还通过多种折纸结构，直接验证了其作为可自由改变形状的显示器的应用可能性，包括：利用纤维增强高刚性、高柔性电子装置，将画面尺寸缩小至原来的1/25，从而最大化便携性的“闪光（Flasher）”结构；以及可变形成类似戒指的三维圆筒结构，并可作为可穿戴触控面板使用的“克雷斯林（Kresling）”结构等。

Han Seungyong 教授表示：“迄今为止，应用折纸技术的电子装置难以实现商业化，最大障碍正是折叠部位导电性不稳定和耐久性下降。本次研究提出了同时解决这些问题的方案，预计今后还可扩展到尼龙以外的其他纤维。”

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此次研究成果以“用于显示应用的高强度、高柔性纤维增强折纸电子装置（Fiber-Reinforced Origami Electronics with High Rigidity and Flexibility for Display Applications）”为题，已于本月发表在国际学术期刊《npj 柔性电子》（npj Flexible Electronics）上。亚洲大学机械工程系博士课程学生 Gong Dohyun、硕士课程学生 Hwang Suhyun 和 Kang Minji 以第一作者身份参与研究，Han Seungyong 教授担任通讯作者。

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本报道由人工智能(AI)翻译技术生成。