手機直線：
咨詢熱線：0571-56211150
隨著技術的迅速發展，可穿戴設備將會對我們的生活帶來很大轉變。而可延展可彎曲的柔性電子器件，由于能滿足人們對電子產品的可變性、便攜等要求，將會在電子產業發揮不可替代的支柱性作用。其中最重要的是使薄膜器件的電學性能在大變形中維持在相對穩定的水平。為了提升功能薄膜的可變形性，科學界從力學性質入手提出了幾個策略。
例如，硅和砷化鎵的半導體帶能以正弦曲線周期的皺褶或扣環的方式集成在彈性基底上，這種皺褶或扣環是一種可拉伸結構，能夠適應大的拉伸或壓縮位移。另一個可伸縮的結構是由功能薄膜器件組成孤立的剛性群島，配以薄的金屬薄膜的蛇形線連接。功能薄膜的蛇形結構的設計能大大增加薄膜的可延展性。魯南姝在聚酰亞胺上濺射ITO的蛇形線，研究了不同尺寸蛇形線結構的力學和電學性質變。Rogers團隊成功將2維功能薄膜轉變成了3維的結構，相比于原有的2維結構，這種新的3維結構能夠適應更大程度的拉伸和彎曲，從而使制得的柔性器件具備更強的穩定性。
然而，對于柔性基底本身的研究還較少。筆者首次從基底的角度，通過有限元分析，提出了改善基底的大應變性能的方案。大應變、輕便性好的基底材料對于柔性基底將會起到重要的作用，具有廣泛而實用的價值。其中聚二甲基硅氧烷(PDMS)具有極好的生物親和性、化學惰性和低彈性模量，可以在不破壞結構的情況下承受極大的機械形變，是理想的大應變柔性基底材料。通過改變PDMS的配比，調整基底的彈性模量和泊松比，從而對其拉伸性進行調控。
本文采用有限元及位移法，利用Abaqus，對矩形PDMS薄板在水平均勻位移載荷下的應變模態進行仿真，繪制不同配比時的應力-應變的變化關系，進而計算出柔性基底的受力和形變關系，得到具有更好大應變性能基底的方法。
超彈性(hyperplastic)是指材料存在一個彈性勢能函數，該函數是應變張量的標量函數，其對應變分量的導數是對應的應力分量，表示在卸載時應變可自動恢復的現象。應力和應變不再是線性對應的關系，而是以彈性能函數的形式一一對應。
PDMS拉伸極限較大，應力很難超過它的拉伸極限。PDMS在外力撤去后一般仍能恢復原有的形狀和尺寸，故不認為它超過彈性極限，可認為它的應力-應變曲線取線性變化階段。在計算過程中，把PDMS的材料性質定義為超彈性。
鑒于超彈性是描述一種應力應變關系非線性的材料的一種模型，常見的超彈性模型有StVenant-Kirchhoff模型、Fung模型、Mooney-Rivlin模型、Ogden模型等，本模擬中應用的是Mooney-Rivlin模型。
根據有限元分析的思想，模擬中將矩形基板劃分為有限個特定體積的小單元，并對每個小單元進行數值分析。故在以下的應變分布以及應力-應變關系的分析中，以等間距法選取一些具有代表性的小單元。具體表現為：先選取一列目標單元并記錄其標簽，再按照等間距的方法選取具有代表性的小單元的標簽，輸出這些標簽并帶入分析。這樣做既能保證結果具有代表性，又能大大簡便運算量，提高結果分析的效率。
采用Abaqus軟件對柔性基板進行有限元分析，具體步驟如下：
(a)建立模型。參數設置為：長度100mm，寬度40mm，厚度5mm，E=1.8MPa，v=0.48。將材料的性質參數轉化為Mooney-Rivlin模型中的C10、C01和d，則C10=0.243243，C01=0.060811，d=0.133333。(b)定義載荷。結構兩側均施加拉位移10mm，其余方向為初始狀態。(c)劃分網格。將模型按照近似尺寸為0.5mm進行劃分，得到個數為200×40×5的網格，便于下一步的有限元分析。(d)設置分析步，建立作業，提交分析。(e)輸出結果，記錄并分析。從表述PDMS基板應變模態分布的圖可以看出，在基板不同位置，其應變模態是不同的。下面將討論不同位置的應變分布。
杭州那泰科技有限公司
本文出自杭州那泰科技有限公司www.hnyunhua.com，轉載請注明出處和相關鏈接！