飞秒激光直写技术由于其超短脉冲持续时间、超高峰值功率、高制造精度和效率，已被广泛应用在透明硬碎材料中3D光波导器件的直写制备。近年来，通过飞秒激光在柔性聚二甲基硅氧烷（PDMS）中直写光波导器件越来越受到人们的关注。本综述从3个方面介绍飞秒激光直写技术在柔性PDMS中直写Type-I型光波导器件的最新研究进展，包括：飞秒激光直写不同类型光波导的基本原理；近5年来飞秒激光在柔性PDMS中直写Type-I型光波导所涉及的材料设计、直写原理和工艺；基于飞秒激光直写柔性PDMS光波导器件在衍射光栅和耳蜗内窥镜的应用研究进展。最后，对该领域研究进展进行总结、分析、归纳，并展望该领域未来研究、应用和发展方向。

设计了一种以柔性材料聚二甲基硅氧烷(PDMS)为介质基片的超宽带(UWB)天线，其辐射单元由矩形和半圆环金属贴片组成，两部分结构由带状贴片连接，采用共面波导方式馈电。上述金属贴片嵌入在 PDMS基片中间，用于人体通信的可穿戴系统。利用嵌入式结构，有效提高了天线的柔韧性和耐用性。为了更好地模拟天线在人体表面的工作环境，构建了包括皮肤、脂肪和肌肉的三层人体组织模型，满足人体安全的国际标准的最大天线比吸收率值为 16.4 mW。最后对天线样品进行测试，结果表明天线总体性能稳定，阻抗带宽为 5.39-10.33 GHz，实现了在医学机构使用的频段(5.725-5.875 GHz)要求。

针对近眼显示系统视场小、体积笨重、柔性差、量产性差等问题, 文章采用在系统中加入自由曲面和聚二甲基硅氧烷(PDMS)基的设计方法。论述了柔性近眼显示光学系统的设计要求和工作原理, 进行初始结构建立; 分析了系统杂散光产生的原因, 进行杂散光抑制设计; 采用XY多项式自由曲面替换传统非球面, 进行系统像差校正; 采用柱面波导模拟波导弯曲, 进行柔性波导弯曲优化分析,设计出一款兼备柔性弯曲能力、大视场和高成像质量的近眼显示光学系统。设计的近眼显示系统工作波段为400~700nm, 出瞳直径为8mm, 视场角为30°, 厚度为1.5mm。在截止频率71lp/mm处, 全视场的调制传递函数值均大于0.1, 畸变小于5%, 在波导变形弯曲半径大于500mm情况下, 全视场的调制传递函数值在截止频率15lp/mm处均大于0.1, 系统重量约为22.8g。设计结果表明实现了近眼显示光学系统小型化、轻量化和柔性化, 可应用于新一代的头盔显示系统中。

聚二甲基硅氧烷(PDMS)是一种高分子有机硅化物,广泛应用于微流控芯片制备、生物、光学以及复合材料基体等不同的领域。通过结合PDMS与光纤结构构建了光纤干涉仪,利用光学传感技术研究了PDMS折射率和线膨胀的气压响应特性。实验结果表明,PDMS的折射率随气压的变化率为-2.1×10 ^-2 RIU/MPa(RIU为折射率单位),线膨胀随气压的变化率为17.3 μm/MPa。采用光学测量的形式对PDMS的折射率和线膨胀气压响应进行研究,精确度和可靠性更高。

该文将聚二甲基硅氧烷(PDMS)、炭黑(C)和水热法制备的钛酸钡(BaTiO3,BTO)纳米颗粒复合, 旋涂得到BTO/PDMS/C柔性压电复合薄膜。研究结果表明, 制备的BTO纳米颗粒尺寸均匀, 粒径约(58±10) nm; 当C的质量分数为12%时, BTO/PDMS/C柔性复合薄膜输出性能最优, 输出电压可达11.14 V, 输出电流为6.23 μA; 当负载电阻为5 MΩ时, BTO/PDMS/C柔性复合薄膜输出功率可达8.45 μW。经4 000次循环测试表明, 该文制备的BTO/PDMS/C柔性压电复合薄膜具备稳定的压电输出, 是制备可穿戴电子器件及其监测元件的良好选择。

We constructed a flexible gold-polydimethylsiloxane (gold-PDMS) nanocomposites film with controllable thickness and light transmittance, to realize optically-excited simultaneous photoacoustic (PA) and ultrasound (US) imaging under a single laser pulse irradiation. Benefiting from the excellent thermoelastic properties, the gold-PDMS film absorbs part of the incident laser energy and produces a high-intensity US, which is used to realize US imaging. Meanwhile, the partly transmitted light is used to excite samples for PA imaging. By controlling the thickness of the gold-PDMS, we can control the center frequency in the US imaging. We experimentally analyzed the frequency of the produced US signal by the gold-PDMS film and compared it with the finite element analysis (FEA) method, where the experiments agree with the FEA results. This method is demonstrated by the experiments on phantoms and a mouse model. Our work provides a cost-effective methodology for simultaneous PA and US imaging.

基于化学气相沉积法生长出的单壁碳纳米管(SWNTs)薄膜，利用聚二甲基硅氧烷(PDMS)作为基底，制备出一种具有三明治结构的柔性应变传感器，具有良好的光学透明性和电阻响应。探究了不同碳纳米管薄膜层数对传感器性能的影响。实验表明，随着SWNTs薄膜层数的增加，应变传感器的透光性和电阻响应逐渐降低，由单层SWNTs薄膜得到的应变传感器具有最大的电阻变化率，在10%应变下可达100%，即使在微小应变(2%)下仍能检测到明显的电阻变化(18%)。该应变传感器具有良好的耐久性，可以监测人体关节的运动状态，在柔性电子皮肤等领域具有潜在的应用。

为了解决用于机器人等复杂三维载体表面或活动关节部位的触觉传感器实现高柔弹性的难题, 提出了基于纳米材料, 并结合马蹄形的形状布置与预拉伸工艺制作新型高柔弹性导电薄膜电极层的方法。将银纳米线以马蹄形的形状布置植入到已经过预拉伸处理的PDMS薄膜表面, 形成具有高伸缩性能的导电复合材料。将其应用于机器人手腕及手指部位, 验证了良好的拉伸-导电特性, 且拉伸试验结果表明: 这种新型高柔弹性导电薄膜电极层随着拉伸率的增加, 电阻值呈现先减小再缓慢增大的趋势, 在第50次拉伸30%后, 电极相对初始值的电阻增量仅为93%。这种新型电极制作工艺简单, 具有良好的柔弹性、导电性及稳定性, 透明度也很高, 可应用于拉伸、弯曲、扭转等多种复杂的应用场合。

传统的压电振动发电机具有工作频带窄, 压电陶瓷易碎且含铅等缺陷, 无法满足当前微型传感器件可穿戴、小型化、便携式等要求。本文制备了一种高性能的钛酸钡/石墨烯/聚二甲基硅氧烷(BaTiO3/GO/PDMS)三元无铅压电复合薄膜。GO材料的比表面较大且流动性较强, 在铁电材料中易形成微电容从而提高复合薄膜的压电性能。当BaTiO3/GO/PDMS复合薄膜中GO质量分数为0.6 wt%时, 复合薄膜的介电常数和导电率分别为185和8.5×10-5 S/m。BaTiO3/GO/PDMS复合薄膜的剩余极化强度值为13.47 μC/cm2, 比未添加GO材料时提高了28%。所制备的BaTiO3/GO/PDMS三元复合薄膜发电机的最大输出电压达7.71 V, 是BaTiO3/PDMS二元复合薄膜发电机的2.78倍。将BaTiO3/GO/PDMS复合柔性纳米薄膜应用于非对称叉指式压电拾振结构, 填充GO后非对称叉指式拾振结构的输出电压明显增加, 拾振结构的-3dB带宽由未填充GO时的8.7 Hz增加到填充GO后的11.2 Hz。所提出的BaTiO3/GO/PDMS无铅复合柔性压电纳米发电机在柔性能量采集拾振结构方面具有巨大的应用前景。