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  柔性電子領(lǐng)域蓬勃發(fā)展，已經(jīng)在諸如人機(jī)交互、電子皮膚和智能可穿戴設(shè)備等領(lǐng)域展現(xiàn)巨大應(yīng)用前景。在實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)合中，柔性器件內(nèi)部材料往往需要承受各種類型的應(yīng)變，極易出現(xiàn)功能退化甚至器件失效。因此，如何通過(guò)合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和材料優(yōu)化，使器件在大的應(yīng)變條件下，仍然保持性能穩(wěn)定（也稱作應(yīng)變耐受度，strain tolerance），是柔性電子領(lǐng)域的關(guān)鍵問(wèn)題。目前，柔性電子器件的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則主要包括減薄器件基底和增強(qiáng)界面粘附兩個(gè)方面。結(jié)合一些新興的結(jié)構(gòu)方案，比如蜿蜒形狀、褶皺形狀和剪紙技術(shù)等，器件的應(yīng)變耐受度獲得了很大的提升，在一些涉及大變形的應(yīng)用場(chǎng)景體現(xiàn)更先進(jìn)的應(yīng)用示范。

圖1. 提升柔性器件應(yīng)變耐受度的通用準(zhǔn)則及本文的新準(zhǔn)則。

圖2. 中間層材料彈塑性屬性對(duì)頂部材料變形行為的影響規(guī)律

  為了證實(shí)新準(zhǔn)則的正確性，作者先從理論的角度對(duì)其進(jìn)行了驗(yàn)證。圖2是理論模型的示意圖，通過(guò)遍歷中間層材料的楊氏模量（E）和屈服應(yīng)變（ε_Y），逐一考察頂部材料的歸一化應(yīng)變大小。隨著E的增加和ε_Y的增加，逐漸減小，由1到0.52，證明了新準(zhǔn)則的正確性，也表明當(dāng)高楊氏模量和高屈服應(yīng)變的薄膜材料嵌入器件與基底之間時(shí)，器件的整體應(yīng)變耐受度會(huì)提升。

  柔性電子器件的應(yīng)變耐受度是關(guān)系器件性能穩(wěn)定，使用壽命等諸多實(shí)際問(wèn)題的關(guān)鍵，本文作者發(fā)現(xiàn)了中間層材料的彈塑性屬性可以影響頂層材料的變形規(guī)律，并以此為基礎(chǔ)，提出名為超薄中間層材料的彈塑性設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，即通過(guò)嵌入超薄的具有高楊氏模量和屈服應(yīng)變的中間層材料，可以大大提升頂部材料的應(yīng)變耐受度，與之前的典型準(zhǔn)則（減薄基底、增加界面粘附）互不依賴，為解決柔性電子器件應(yīng)變耐受度問(wèn)題提供了新的思路。

  香港理工大學(xué)時(shí)裝與紡織學(xué)院（SFT），先進(jìn)界面材料與器件實(shí)驗(yàn)室博士后胡鴻為論文的第一作者，香港理工大應(yīng)用生物與化學(xué)技術(shù)系（ABCT）、智慧能源研究院、智能可穿戴研究院鄭子劍教授為論文的通訊作者，論文的重要合作者還包括香港理工大學(xué)應(yīng)用物理系（AP）郭昫昀博士后和朱葉助理教授，論文得到香港RGC高級(jí)研究員計(jì)劃（SRFS2122-5S04）以及香港理工大學(xué)（1-ZVQM和1-CD44）的資助。

  原文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.2c12269

通訊作者介紹

  鄭子劍，香港理工大學(xué)應(yīng)用生物及化學(xué)科技學(xué)系（ABCT）、智慧能源研究院、智能可穿戴研究院教授。2003年獲得清華大學(xué)化學(xué)工程系工學(xué)學(xué)士學(xué)位，2007年獲得劍橋大學(xué)化學(xué)系博士學(xué)位，2008-2009年在美國(guó)西北大學(xué)Mirkin教授課題組從事博士后研究；2009年加入香港理工大學(xué)擔(dān)任助理教授并成立獨(dú)立課題組，2013年破格晉升為終身副教授，2017年晉升為教授。研究方向主要包括柔性電子、微納制造、高分子智能材料、能源轉(zhuǎn)化與存儲(chǔ)。迄今已在包括Science、Nature Materials、Nature Communication、Advanced Materials、JACS、Angew Chem等高水平SCI期刊發(fā)表學(xué)術(shù)論文190余篇；申請(qǐng)專利25項(xiàng)。創(chuàng)辦Wiley綠色能源環(huán)境領(lǐng)域的先進(jìn)材料期刊《EcoMat》并擔(dān)任主編，亦擔(dān)任Advanced Materials和Small的客座編輯，以及Advanced Energy Materials的顧問(wèn)委員會(huì)成員。2018年當(dāng)選香港青年科學(xué)院創(chuàng)院院士，2020年當(dāng)選長(zhǎng)江講座教授，2021年當(dāng)選香港研資局高級(jí)研究學(xué)者。