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增强无机柔性电子器件弹性变形能力的过加载策略研究

文献类型:学位论文

作者王淇
答辩日期2025-08-21
文献子类硕士
授予单位中国科学院大学
授予地点北京
导师孙立娟
关键词无机柔性电子 弹性可弯曲性 弹性可拉伸性 过加载策略 弹塑性演变
学位专业固体力学
其他题名Research of the overload strategy to enhance the elastic deformation capability of inorganic flexible electronics
英文摘要

柔性电子技术突破了传统刚性电子器件的约束,已广泛应用于医疗健康、智能穿戴、国防军工等领域,显著提升了器件的生物相容性和环境适配性。柔性电子技术的核心优势在于完美贴附各种曲面和动态适配复杂变形,并且在变形中维持稳定的电学性能,这归因于其优异的弹性可弯曲性与弹性可拉伸性。在之前的研究中,无机柔性电子往往通过优化基底材料和减薄器件厚度两个方面增强弹性可弯曲性;而增强弹性可拉伸性的研究也主要集中在两方面:几何结构设计和预应变基底。本文基于弹塑性力学理论,针对柔性电子的弹性变形能力提出了过加载(过弯曲/过拉伸)策略,可有效增强其弹性可弯曲性/可拉伸性至两倍及以上。本文主要研究内容如下:

1)提出了增强弹性可弯曲性的过弯曲策略,其操作为施加超出柔性电子器件设计弹性可弯曲性的弯曲变形。该策略利用弹塑性变形中的本构演化,能够调整或者扩大结构危险截面的弹性应变范围。对于理想弹塑性/随动硬化本构关系的材料,它能够将弹性可弯曲性增强至两倍;对于混合硬化/等向硬化本构关系的材料,可将弹性可弯曲性增强至两倍以上。理论、有限元模拟以及实验结果表明,针对多层堆叠结构和具有各种几何设计的互连结构,该策略均有效。

2)针对增强理想弹塑性材料弹性可拉伸性的单次过拉伸策略,进一步研究了针对复杂硬化本构材料的单次过拉伸策略,发现该策略可以使复杂硬化材料的弹性可拉伸性增强至两倍及以上。其机理为超出弹性范围后,屈服面尺寸会随着等效塑性应变的增加而增大。

3)考虑到单次过拉伸策略在超出临界拉伸值时所需位移载荷急剧增大,可能对柔性电子器件造成严重破坏,进一步提出了棘轮过拉伸策略。该策略可以实现更大的目标弹性可拉伸性,同时降低了对柔性电子器件的损伤。此外,棘轮过拉伸策略能够最大限度地挖掘材料的弹性潜力,并将弹性可拉伸性增强到三倍及以上。

总之,过加载策略操作简单且成本低,可根据柔性电子器件的变形模式进行灵活调整,还可以与其他策略相结合,以实现更高的弹性变形能力,可为无机柔性电子的进一步发展提供理论依据和指导意见,具有深入探索与实际应用的重要价值。

语种中文
源URL[http://dspace.imech.ac.cn/handle/311007/103463]  
专题力学研究所_非线性力学国家重点实验室
推荐引用方式
GB/T 7714
王淇. 增强无机柔性电子器件弹性变形能力的过加载策略研究[D]. 北京. 中国科学院大学. 2025.

入库方式: OAI收割

来源:力学研究所

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