柔性基板上薄膜的屈曲、脱层及断裂研究

以柔性电子电路中薄膜-柔性基底结构为分析对象，集中有限元、扩展有限元及内聚力模型在分析屈曲、裂纹和脱层方面各自的优势，建立能有效仿真表面呈平面或曲面的柔性基板上薄膜的屈曲、脱层和断裂过程的计算模型、方案及程序，分析三者的相互影响以及基底表面曲率对这三者的影响；研究典型柔性结构型式中薄膜与刚性岛连接部位等处由于约束条件或刚度条件的差异对其初始或变形过程中的屈曲形态的影响，提出提高这些部位强度和可伸展性的方法；提出在保持薄膜与基板粘结的前提下能控制调节初始屈曲波形参数（特别是波长）的有效途径，以及优化薄膜条面外、面内波形参数及其它相关参数的方法，以利于提高薄膜-柔性基底结构的可变形能力，为制造高性能的柔性电子器件打下的理论基础。

可弯曲、折叠的柔性电子产品已成为当前的一个研究和研制热点，柔性电子电路是其中的关键组成部分，它一般为薄膜-柔性基底结构。以此为背景，本项目主要从决定薄膜-柔性基底结构延展性的薄膜的屈曲、断裂及结构形式等方面出发开展研究。通过对薄膜-柔性基底结构屈曲、封装、拉伸和薄膜开裂的完整过程的模拟，分析了薄膜材料的延性及初始几何缺陷对结构拉伸断裂的影响，结果表明：当优良薄膜材料的延性能大大提高结构的整体延展性，而薄膜几何缺陷对整体延伸率影响较大；分析了基底材料的粘性以及结构封装形式对结构延展性的影响，提出了一个表征延展性随拉伸速率下降的无量纲指标及曲线，给出了提高延展性的多层封装设计的概念；采用解析方法研究了非共面薄膜-基底结构在剪切及其他大变形形式下薄膜的屈曲和后屈曲问题，给出了相应临界载荷和屈曲模态的解析表达式；研究了裂纹扩展分析的方法的程序。以上研究工作及结果，对于薄膜-基底结构以及柔性电子产品的优化设计、延展性评价等具有较大的理论和实际意义。