有机电子材料(塑料电子)是近年来电子信息材料最重要的发展方向之一。1977年,MacDiarmid等三位研究人员发现将反式聚乙炔简单地暴露于卤素蒸汽中之后,其导电率可得到惊人的提高,塑料电子的研究也因此揭开大幕。相比于传统的硅基半导体材料,塑料电子材料可以实现更大面积的制造,具有更薄、更轻及柔性化的特征,并可以实现相对更简单的制造工艺和更低的生产成本。有机半导体在照明、平面显示、太阳能电池、晶体管、传感器、印刷、电容、PCB制造、光刻、人工肌肉及微型电机等电子产品领域都有相当广阔的应用前景。塑料电子材料也因此成为目前世界各国优先支持的研发领域,并且获得了相当多的研发成果。在众多塑料电子材料的开发当中,已经实现量产的OLED平面显示器是塑料电子材料的一个典型应用。这种显示技术使用有机薄膜半导体材料发光,其一个神奇特点就是可以实现卷曲显示。尽管有机TFT和塑料芯片目前还没有实现商品化,但从IBM、飞利浦、英飞凌等大公司已经研制出的原型产品来看,塑料半导体早晚将成为取代硅基芯片的新一代半导体材料。未来的塑料芯片将会大量地用于手机、计算机及电视机等电子产品当中。
制造模具的材料通常是一类难加工材料,目前国内模具型腔一般都釆用电火花加工(EDM)成型。但电加工的生产效率很低,不论在模具开发速度方面还是模具制造质量方面,都不能满足现代批量生产的要求。
高速加工技术的出现,为模具制造技术开辟了一条崭新的道路。尽可能用高速加工来代替电加工,是加快模具开发速度、提高模具制造质量的必然趋势。
不论是冲压模具还是塑料模具(包括注射模、挤压模、吹塑模等),为了提高其使用寿命,构成模具型腔的有关零件一般都用高强度的耐磨材料制造(如各种牌号的合金结构钢、合金工具钢和不锈钢等),这些材料经过热处理後硬度很高,很难用常规的机械加工方法进行加工。几十年来,对付这类难加工材料的最好办法就是釆用特种加工。
由于塑料容易加工成薄膜并且具有良好的延展特性,因此塑料电子材料的出现,必然导致全柔性电子产品的出现,从而满足现代电子产品轻薄、便携及易于设计的需求。目前,在PCB、平面显示、太阳能电池等领域,使用塑料作为柔性基板材料的技术已经接近商品化,计算机等电子产品可以像报纸一样卷折起来,放在口袋中已经不是什么遥远的梦想。
3C电子产品市场一直保持快速增长的一个很重要原因就是产品不断朝更轻更薄的方向发展,笔记本、手机以及时下年轻人很流行的MP3播放器就是这类电子产品的代表。这种电子产品推动着相应的电子材料向轻量化、薄膜化和器件的片式化方向发展。
电子材料的纳米化有两个方向,一是指传统的硅基半导体材料继续朝纳米级的半导体技术方向发展,例如,Intel耗资30亿美元的45纳米工艺先进半导体工厂已经动工建设,将于2007年下半年开始投产。二是对传统电子功能材料,如电子陶瓷、磁性材料及电池材料等通过纳米加工或纳米表面改型,从而使其性能更优异,或产生新功能。例如,采用纳米改性技术的锂离子电池电极材料可以极大提高电池容量和产品的循环寿命。
具有低维量子结构的硅基半导体和化合物半导体材料是新一代微电子、光电子器件和电路的基础,可能引发新的技术革命。世界各发达国家都给予高度重视。目前,低维量子结构已成为整个半导体科学技术及相关学科范围中最活跃、投入最多、成果最丰、进展最快的领域之一。
随着信息产业逐渐从微电子时代进入光电子时代和光子时代,光电材料将成为光电产业的基础支撑和电子信息材料的主力军。目前主要的光电材料系统包括III-V族化合物半导体光电材料、有机半导体光电材料、无机晶体和石英玻璃等。它们广泛用于光通信网络、光电显示、光照明、光电存储、光电转换及光电探测等领域。例如在光照明领域,以GaN和GaAs等化合物半导体材料技术为基础的高亮和白光LED照明器件正在引发一场照明革命。
目前,我国电子信息材料的发展水平同发达国家有很大差距,尤其是在基础硅半导体领域,而在光电功能材料、有机半导体材料方面的差距并不是很大。根据世界电子信息材料的发展趋势和特征,笔者认为应该本着有所为有所不为的态度,在自己的优势领域加快发展。