可伸展电子元件的力学与曲面电子元件力学

电子工业的主要材料（例如硅）是脆性材料，其断裂应变约2%。这使得电子元件不能承受伸缩变形，易于脆断，不能折叠，而且只能用于二维平面型的布置。2008年以来J.Rogers与Y.Huang合作采用岛桥结构形式，利用"转印"与结构屈曲两项技术，可以数十倍地增加电子元件的可伸展性，同时可以把电子元件布置在三维的曲面上，从而大大扩大了电子元件的应用范围。例如可用于把天线做成折叠便携式，及可用于生物（例如人体）器官的检测诊断等。此项成果已经Science，Nature等刊物及许多媒体报道。本项目申请人经过与上述两位教授的合作，了解到其中的关键力学问题是平面上与曲面上岛桥结构的屈曲与过屈曲行为。本项目旨在根据力学的理论，用解析的与数值的手段获得岛桥结构过屈曲行为的规律，并经实际或试验的检验后，指导可伸展电子元件与曲面电子元件的设计。

电子工业的主要材料（例如硅）是脆性材料，其断裂应变约 2%。这使得电子元件不能承受伸缩变形，易于脆断，不能折叠，而且只能用于二维平面型的布置。2008 年以来 J.Rogers 与 Y.Huang 合作采用岛桥结构形式，利用“转印”与结构屈曲两项技术，可以数十倍地增加电子元件的可伸展性，同时可以把电子元件布置在三维的曲面上，从而大大扩大了电子元件的应用范围。例如可用于把天线做成折叠便携式，及可用于生物（例如人体） 器官的检测诊断等。此项成果已经 Science，Nature 等刊物及许多媒体报道。本项目申请人经过与上述两位教授的合作，了解到其中的关键力学问题是平面上与曲面上岛桥结构的屈曲与过屈曲行为。本项目经过了四年多的努力，得到了如下成果：首先,建立了一套直梁和平面曲梁过屈曲分析的系统求解方法，得到了大变形几何关系。发现曲率中的高次项对过屈曲行为有不可忽略的影响，并将此理论应用在岛桥结构的弯扭失稳计算中，得到了较简洁的公式，与实验和数值模拟对比较好，能有效的指导岛桥结构的设计；其二，提出了板壳的初始过屈曲分析方法，发现屈曲模态是否可展决定了高次项是否会影响平板的初始过屈曲行为；其三，根据工业需要，本课题对蛇形结构和由其组成的分形结构进行了系统分析，所得结果与实验和有限元对比较好；其四，分析了柔性电子在具体应用中的曲面电子元件力学，如表面附有柔性电子器件的导管、电子眼摄像系统、指尖传感器等；最后本课题还对柔性电子应用方面的其他一些问题进行了研究，如柔性基体上的发光二机管的热传导分析，建立转印技术中转印头和元件间分离的粘弹性模型等。