Small:探秘无机可延展电子器件中的“岛效应”

无机可延展电子器件广泛地采用一种“岛桥结构”,通过精细的可拉伸“桥”结构设计提高器件的可延展性。在此类结构中,“岛”结构往往是商业芯片等硬质组件所在,不具备可拉伸性。然而,器件在发生整体形变时通常伴随着一种“岛效应”,即在“岛”的临近边缘由于其模量与柔性基底严重不匹配,往往会发生不可忽略的应变集中效应,最大应变可能达到岛间隙平均应变的三倍以上。由于“岛效应”的存在,“岛”组件边缘处成为了“桥”失效破坏的高风险区域,这种变形失配也极大地降低了器件地整体可拉伸性。以往的工作虽然提及了此类应变集中效应,但并未深入地研究其规律和机理。

Small 最近发表了由华中科技大学厉侃教授联合北京航空航天大学薛兆国副教授、清华大学张一慧教授共同撰写的论文《无机可延展电子器件中的“岛效应”》(Island Effect in Inorganic Stretchable Electronics)。研究者们通过有限元数值仿真和实验定量地分析了这种“岛效应”,并通过简化的力学模型进行了描述。此外,作者们还提出了一种简单易行的“缓冲层法“,通过在岛与基底之间预置通过力学优化几何、模量的缓冲层结构,缓解”岛效应“,针对传统蛇形导线设计可提高可拉伸性1.5-2倍。通过设计制备可延展发光二极管(LED)器件系统,演示了这种图案化缓冲层结构设计策略的适用性,表明其在柔性可延展集成器件系统中将具有广泛的应用潜力。

图 1 无机可延展电子器件中“岛效应“示意(上图)与缓冲层方案的缓解(下层)

华中科技大学厉侃教授与清华大学博士生帅雨萌为文章共同第一作者。北京航空航天大学航空学院薛兆国副教授和清华大学航院张一慧教授为本文通讯作者。该工作得到了国家自然科学基金项目、霍英东教育基金、清华信息科学与技术国家实验室、清华大学国强研究院、华中科技大学数字制造装备与技术国家重点实验室等的支持。

论文信息:

Island Effect in Stretchable Inorganic Electronics

Kan Li, Yumeng Shuai, Xu Cheng, Haiwen Luan, Siyi Liu, Ce Yang, Zhaoguo Xue*, Yonggang Huang, Yihui Zhang*

Small

DOI: 10.1002/smll.202107879

原文链接:https://doi.org/10.1002/smll.202107879