麵向柔性電子器件的變溫力學、光學、電學測試

      柔性電子器件是柔性電子的主要體(ti) 現形式之一。以柔性材料為(wei) 基礎，結合微納米加工與(yu) 集成技術，采用柔性材料設計製造可實現邏輯放大、濾波、數據存儲(chu) 、信號反相、數字運算、傳(chuan) 感等功能的新一代柔性電子元器件，是信息技術發展的迫切需求。柔性功能材料所具有的光、電、磁、熱、力等*的物理和化學性能，使得柔性電子器件可被廣泛用於(yu) 柔性顯示、數據加密、可穿戴感知等智能化電子係統。因此，開發在多種變化環境因素下可測試柔性電子器件的力學、光學、電學等性能的測試係統在柔性電子器件研發和生產(chan) 過程中用具有重要意義(yi) 。

  西安交通大學仿生工程與(yu) 生物力學研究所BEBC研究人員發表室的“The New Generation of Soft and Wearable Electronics for Health Monitoring in Varying Environment: From Normal to Extreme Conditions"綜述文章簡述了針對柔性電子設備在長期監測過程中麵臨(lin) 機械力、溫度和濕度三種環境挑戰（圖1），並總結了國內(nei) 外近年來基於(yu) 材料創新和結構設計以保障柔性電子設備在多種變化環境因素下功能實現的研究成果。

圖1. 人體(ti) 活動所麵臨(lin) 的多種環境：從(cong) 正常到異常的機械力、溫度與(yu) 濕度環境。

1. 承受大幅度力學變形的柔性電子器件

  人體(ti) 活動常伴隨拉伸、壓縮、剪切、扭曲等力學變形（如肢體(ti) 運動、心髒搏動、血管舒張等），這些力學變形的參數範圍為(wei) 柔性可穿戴電子材料和結構的設計提出了具體(ti) 要求。如可用於(yu) 提升柔性可穿戴電子延展性的二維平麵結構與(yu) 超材料設計、提升可穿戴電子靈敏度的三維微結構。

2. 承受大幅度溫度變化的柔性可穿戴電子

  人類活動中麵臨(lin) 不斷變化的環境溫度，由熱到冷、由正常室溫到異常酷暑嚴(yan) 寒，溫度變化範圍可達到-50℃- -60℃範圍區間，這種不斷變化的溫度條件給材料的耐久使用（如抗高溫、抗低溫性能）帶來挑戰。以水凝膠柔性電子為(wei) 例，在材料方麵，有機溶劑、鹽與(yu) 離子液體(ti) 的引入均能提高材料的抗凍性能；在結構方麵，彈性體(ti) 塗層對水凝膠的抗凍和抗高溫性能的提升可產(chan) 生積極的影響；此外，綜合兩(liang) 種設計思路可顯著提高水凝膠在不同溫度下的耐受

性。基於(yu) 這些設計方案，多種抗凍、抗高溫柔性可穿戴電子已被廣泛應用於(yu) 人體(ti) 運動監測與(yu) 能源供應領域。

3. 承受大幅度濕度變化的柔性可穿戴電子

  變化的濕度環境為(wei) 柔性可穿戴電子的使用帶來挑戰，如幹燥環境使得水凝膠柔性電子失水皺縮進而失去延展性與(yu) 功能性，濕潤環境可能使得水凝膠電子發生溶脹導致不可控的形貌變化及表麵結構破壞。而作為(wei) 采集信號可靠性的重要保障，器件與(yu) 人體(ti) 皮膚之間的有效黏附也會(hui) 因潮濕環境中（如出汗）水分子在黏附界麵的聚集而受到影響。人體(ti) 活動所麵臨(lin) 的多種濕度環境，包含人體(ti) 呼吸、傷(shang) 口滲出液、汗液等內(nei) 部環境以及沙漠、遊泳、淋浴、雨天等外部環境；並分別針對濕度環境對柔性電子設備完整性與(yu) 功能性的影響，介紹了其設計策略；最後展示了柔性可穿戴電子在多種濕度環境下應用於(yu) 電子織物、智能敷料、可穿戴傳(chuan) 感器與(yu) 人工肌肉等領域的前景。

       目前可以提供柔性材料研發過程中針對真空、力學、熱學、電學等複合工況測試需求的進口儀(yi) 器廠家主要有Linkam和Instec等，國產(chan) 儀(yi) 器廠商主要有文天精策等。幾家公司所提供的各種冷熱台均可實現多種環境（氣氛、真空、濕度等），與(yu) 源表、顯微鏡、XRD、DIC、拉曼等聯用，進行材料、器件的電學、光學、力學性能等的測試，最大控溫範圍-190~600℃，控溫精度可達±0.1℃。

其中文天精策還將冷熱原位拉伸台與(yu) 視覺測試DIC集成，推出冷熱原位拉伸微觀測試係統。可實現多種環境下（氣氛、真空、濕度等），同步測試柔性材料的應力應變、電學及 DIC數據。該係統可以實現恒速或恒力兩(liang) 種加載方式， 實現-190～600℃溫度下材料的動態應力應變特性，而且可以定量分析材料在測試過程中相變行為(wei) 、裂紋萌生及擴展、斷裂、彎曲等過程。 

隨著中國科技實力的不斷發展，國產(chan) 儀(yi) 器正在逐步改善其原有的形象，在某些領域正迎頭趕上，依靠其供貨周期短、性價(jia) 比高、售後服務優(you) 、接受定製化等優(you) 勢，逐步替代進口儀(yi) 器。今後，我國科技將獲得更大的發展空間，最終*消除“卡脖子"現象。

電子元器件變溫應力應變測試