柔性電子器件中超彈性材料複雜力學行為的預測及控制

《柔性電子器件中超彈性材料複雜力學行為的預測及控制》是依託浙江大學，由呂朝鋒擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：柔性電子器件中超彈性材料複雜力學行為的預測及控制
• 依託單位：浙江大學
• 項目負責人：呂朝鋒
• 項目類別：面上項目

項目摘要

柔性電子器件是一個全新的積體電路設計概念,由於具有柔軟可任意變形的優點，將在諸多領域取代傳統剛性平板電路成為下一代電子器件技術的核心。本項目擬針對柔性電子器件中超彈性材料的複雜力學行為，包括拉彎/摺疊/扭曲/褶皺等變形、超彈性材料與周圍其他結構體的粘附或剝離、超彈性材料的擠壓大變形等，基於非線彈性本構模型和有限變形理論進行力學建模與變形機理分析；同時,研究柔性電子器件超彈性材料基底的熱傳導規律,對超彈性基底中的局部熱應力和熱變形進行理論評估,並考察結構和材料參數變化對溫度場分布和熱變形的影響。通過本項目的實施，擬針對柔性電子器件超彈性材料建立統一的結構分析理論，確定有關結構變形的控制條件，並針對熱應力和熱變形提出有效的控制方法，可望為提高柔性電子器件的整體性能提供理論依據。本項目的研究不僅具有很強的工程套用背景，也可充分體現力學在高科技領域的作用，具有潛在的科學意義。

結題摘要

柔性電子器件是上世紀九十年代中期發展起來的一種全新的積體電路技術，其核心設計思想是將電子元件和連線電子元件的交聯導體全部集成在柔性可延展的高分子聚合物基體上。相比傳統剛性平板電路技術，柔性電子器件最突出的特點是以超彈性柔性基底取代剛性基板，可承受拉伸、壓縮、摺疊、捲曲以及扭曲等變形，同時具備傳統半導體器件靈敏高通量的優異電子學特性。由於軟硬兩種材料在力學性能參數方面（如彈性模量、泊松比、硬度、熱傳導係數和熱膨脹係數等）都相差幾個數量級，給結構的整體製備和長期可靠性帶來極大挑戰，發展相應的力學模型與設計方法，對於掌握該類結構的變形機制及提高設計和製備水平具有重要的科學和現實意義。 本項目主要針對軟硬材料膜-基結構體系的協同大變形、膜-基層狀結構體系的傳熱規律和熱管理、膜-基界面行為、熱力耦合變形等開展系統的理論研究，旨在提出有效的結構材料參數設計準則律，為柔性電子器件的設計、製備和套用提供方便可用的理論公式。項目通過四年探索和研究，在脆硬材料材料薄膜陣列-基底系統的膜結構變形、膜-基界面的熱致斷裂行為、納米膜-基結構封裝材料熱毛細流動行為、膜-基層狀結構傳熱規律和散熱設計、膜-基型壓電器件俘能和感測等方面獲得一些列重要理論發現，建立了一系列實用性強的軟硬材料膜-基結構協同變形和散熱最佳化設計的簡化準則律公式，為仿生電子照相機、病變心肌燒蝕切割治療的精確定位、光基因遺傳神經調控的腦組織無損化、納米尺度溫度場的精確量測、半導體碳納米管提純、柔性電子的高效雷射轉印製備、以及生物信號監測與感測等無機柔性電子器件的設計、製備和套用提供了重要的科學依據。 項目共發表SCI期刊論文20篇，參加國際國內會議20餘人次。項目執行期內項目組成員獲得國家級人才計畫3人次，獲得國家自然科學基金資助5項，項目負責人獲得國家自然科學獎二等獎和教育部自然科學獎二等獎，申請國家發明專利4項，授權實用新型專利3項。