具有力学性质梯度的复合硅橡胶薄膜及其在可拉伸电子器件中的应用研究

Stretchable electronic devices resemble the mechanical properties of human skins to be stretchable, bendable, and twistable, which are attractive for the next-generation wearable electronics. Currently, stretchable devices are often based on off-the-shelf electronic components or flexible sensors assembled in the form of functional islands on elastomer substrates. The overall stretchability on the device system level is enabled by the high stiffness of traditional electronic materials that limit the mechanical strain during stretching. However, the large mechanical stress at the interface between the electronic device and the elastomer substrate often leads to delamination, reducing the stretchability and life time of the device. In this project, we introduce a new type of liquid silicone processible by photolithography, which uses the light exposure to adjust the crosslinking density. The process produces silicone composite membranes with gradients in mechanical properties and non-uniform deformation upon stretching. Corresponding devices fabricated on the composite membrane substrate matching with the circuit structure may reduce mechanical stress at the interface, thereby improving the overall stretchability. The successful accomplishment of this project will provide important experimental and theoretical insights into synthesis and fabrication of functional stretchable electronic devices.

可拉伸电子器件具有与皮肤相近的机械性能，能够被拉伸、弯曲和扭转，成为了发展下一代可穿戴设备的理想选择。当前可拉伸电子器件通常以传统电子元件或柔性传感器为核心，将其以“功能岛”阵列的形式粘合在弹性体基底之上，凭借传统电子材料高的模量来限制器件区域在拉伸中的实际应变，从而在器件系统整体的层次上实现可拉伸性。然而，电子器件与弹性体基底的界面在往复拉伸中承受着很大的应力作用而易于剥离，直接影响了器件系统的可拉伸范围和实际寿命。针对这些问题，本项目拟制备一种可用紫外光刻技术进行加工的液态硅橡胶材料，通过曝光量调控其交联度，从而制备出具有力学性质梯度的复合硅橡胶薄膜，其在外力作用下将显示出非均匀的形变。该方法可制备与电路结构相匹配的复合薄膜基底，将大大降低器件与基底界面的应力作用，提升器件整体的可拉伸性。本项目的顺利完成将为开发功能性的可拉伸器件提供重要的实验基础和理论依据。

可拉伸电子器件具有与皮肤相近的机械性能，能够被拉伸、弯曲和扭转，成为了发展下一代可穿戴设备的理想选择。当前可拉伸电子器件通常以传统电子元件或柔性传感器为核心，将其以“功能岛”阵列的形式粘合在弹性体基底之上，凭借传统电子材料高的模量来限制器件区域在拉伸中的实际应变，从而在器件系统整体的层次上实现可拉伸性。然而，电子器件与弹性体基底的界面在往复拉伸中承受着很大的应力作用而易于剥离，直接影响了器件系统的可拉伸范围和实际寿命。针对这些问题，本项目采用激光选区烧蚀技术，发展了对弹性体材料进行镂空图案化加工的方法，提出了一种基于人工微结构设计而对弹性体基底综合性能进行有效调控的新思路。进一步，通过将高模量的人工微结构嵌入了弹性体基底之中，项目组成功制备出具有力学性质梯度的复合硅橡胶薄膜，其具备仿生的力学特性，同时在外力作用下显示出非均匀的形变。采用该方法制备出了与电路结构相匹配的复合薄膜基底，大大降低了器件与基底界面之间的应力作用，从而有效提升了器件整体的可拉伸性。本项目的顺利完成将为开发功能性的可拉伸器件提供重要的实验基础和理论依据。