多孔基底柔性電子器件的力學分析與最佳化

《多孔基底柔性電子器件的力學分析與最佳化》是依託浙大寧波理工學院，由邊祖光擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：多孔基底柔性電子器件的力學分析與最佳化
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：邊祖光
• 依託單位：浙大寧波理工學院

項目摘要

柔性電子在醫療領域的套用，是一個嶄新的課題。為了在長期、實時的監測中，保證人體熱量、汗液的正常釋放，需採用多孔柔性基底。它不同於目前廣泛研究的連續柔性基底，也不同於力學物性參數不受濕、熱影響的多孔無機材料。項目研究多孔基底柔性電子器件，在濕、熱環境中的結構力學性能與最佳化：首先，利用均勻化理論與實驗手段，確定多孔PDMS的導熱係數、滲透係數等巨觀參數。其次，在求得多孔PDMS基底中的溫度、濕度場的基礎上，進一步分析柔性電子器件的結構靜、動力回響。其中既考慮高分子材料的靜、動力學物性參數，受溫度與濕度的影響特性（由實驗測定），也考慮溫度與濕度場在多孔基底中建立的應變、應力場。既考慮多孔PDMS的材料非線性、也考慮材料粘彈性。最後，研究結構變形對多孔基底傳熱傳質性能的影響；通過最佳化設計，使得該類器件同時滿足力學變形性能與傳熱傳質性能要求。研究結果，可為該類器件的力學最佳化設計提供理論指導。

結題摘要

為了使柔性電子器件在對人體長期、實時的監測中，不影響人體組織正常的傳熱傳質等生理活動，項目組提出了多孔柔性基底替代密封柔性基底製備柔性電子器件的構想。為此開展了如下研究：利用乳液聚合反應，製備了不同孔隙率的多孔PDMS。利用多種實驗手段，測得多孔PDMS在不同孔隙率、不同溫度與濕度下力、熱、濕等多個材料參數。利用均勻化理論，從理論上預測了多孔PDMS的各項參數性能，並與實測結果吻合良好；進一步提出了各自的擬合公式，為後續的器件結構分析提供依據。採用數值或解析方法，分析、最佳化多孔PDMS基底柔性電子器件的靜力、動力特性，以及溫度、濕度環境中多孔PDMS基底柔性電子器件的回響性能。基於數值分析結果的數據擬合，提出了多個近似公式，供器件設計時方便選用。研究結果表明：多孔PDMS的多個物性參數，對孔隙率很敏感，尤其是在溫、濕環境中；採用多孔PDMS基底不僅有利於傳熱傳質等生理活動的正常進行，而且可以通過改變孔隙率有效調節、最佳化柔性電子器件的多項性能指標。項目研究中得到的具體研究結果，對柔性電子醫療器件的設計與最佳化具有較高的參考價值，可為其在健康監測領域的套用提供理論依據。研究工作涉及多孔軟材料在濕熱環境中的材料性能參數實驗測量與理論預測；涉及多孔軟材料與結構的機械性能、濕熱性能分析等。研究方法與研究成果在熱學、多孔材料力學、濕熱力學等方面具有較高的學術價值。