柔性材料在溫度環境下力學性能測試技術應用

柔性電子器件飛速發展，它們(men) 被廣泛用於(yu) 醫療診斷、監測和柔性機器人等領域。柔性電子涵蓋有機電子、塑料電子、生物電子、納米電子、印刷電子等，包括RFID、柔性顯示、有機電致發光(OLED)顯示與(yu) 照明、化學與(yu) 生物傳(chuan) 感器、柔性光伏、柔性邏輯與(yu) 存儲(chu) 、柔性電池、可穿戴設備等多種應用。隨著其快速的發展，涉及到的領域也進一步擴展，目前已經成為(wei) 交叉學科中的研究熱點之一。

Science將有機電子技術進展列為(wei) 2000年世界科技成果之一,美國科學家艾倫(lun) 黑格、艾倫(lun) ·馬克迪爾米德和日本科學家白川英樹由於(yu) 他們(men) 在導電聚合物領域的開創性工作獲得2000年諾貝爾化學獎。近幾年，國內(nei) 清華大學、西北工業(ye) 大學、南京工業(ye) 大學、華中科技大學等國內(nei) 著名大學都先後建立了柔性電子技術專(zhuan) 門研究機構，柔性電子技術已經引起了我國研究人員的高度關(guan) 注與(yu) 重視，柔性電子領域的研究異常火熱，使得該領域的發展日新月異並取得了長足的進展。

近期，複旦大學複旦大學高分子科學係教授彭慧勝的研究團隊，成功將顯示器件的製備與(yu) 織物編織過程實現融合，在高分子複合纖維交織點集成多功能微型發光器件等相關(guan) 成果發表在Nature。

華中科技大學吳豪教授團隊聯合複旦大學李卓研究員，基於(yu) 負泊鬆比超材料結構開發出高性能柔性電子皮膚。相關(guan) 成果 “Flexible Mechanical Metamaterials Enabled Electronic Skin for Real-time Detection of Unstable Grasping in Robotic Manipulation” 發表在Advanced Functional Materials上。

杭州師範大學朱雨田教授團隊通過簡單的原位還原和溶劑澆注技術，開發了由聚乙烯醇(PVA)、 檸檬酸(CA)和銀納米粒子(AgNPs)組成的可拉伸和透明的多模態電子皮膚傳(chuan) 感器，它具有應變、溫度和濕度方麵的多種傳(chuan) 感能力。

在柔性材料（柔性玻璃、柔性OLED、柔性電池、柔性電子皮膚）以及柔性電子元器件等研究過程中，在一定溫度環境下的力學性能（屈服強度、延伸率、泊鬆比、楊氏模量）是評價(jia) 柔性材料應用場景維度的一個(ge) 非常重要的指標， 也是製定柔性電子製造過程工藝關(guan) 鍵參數。一般情況下，該類測試載荷精度要求較高，且樣品小，在進行屈服、強度、延伸率等力學性能測試時，在實現溫度冷熱環境，拉伸功能同時還需配備非接觸類視覺測量類儀(yi) 器，如DIC。

冷熱原位拉伸微觀應力應變解決方案

冷熱原位拉伸微觀應力應變測試係統主要應用於(yu) 小尺度的相關(guan) 的柔性材料、生物、金屬、有機聚合物、纖維等各種材料科學研究，可實現溫度範圍-190~600℃，溫控精度±0.1℃ 最大載荷5kN。冷熱原位拉伸測試係統通過實時獲取材料動態載荷下，形變和溫度等數據，結合DIC聯用進行材料微觀結構分析數據，可實現定量分析材料微觀力學性質、相變行為(wei) 、取向變化、裂紋萌生和擴展、材料疲勞和斷裂機製、材料彎曲、高溫蠕變性、分層、形成滑移麵以及脫落等現象，實現各種材料性能的研究。

三維數字圖像相關(guan) 技術（DIC）具有準確性、穩健性和易用性的特點，已被廣泛應用於(yu) 應變測量。但是，對於(yu) 需要高放大倍數的測量樣品，3D測量仍很難達到測量需求，這主要是由於(yu) 3D測量缺乏具有足夠景深的光學元件，無法從(cong) 不同視角獲取3D分析所需的兩(liang) 張高放大率圖像。WTDIC-Micro彌補了傳(chuan) 統設備無法進行微小物體(ti) 變形測量的不足，成為(wei) 一種微觀尺度領域變形應變測量的有力工具。

該測試係統采用模塊化設計， 核心冷熱原位拉伸台采用專(zhuan) 業(ye) 技術自主設計、加工製造，開發出集成化、多功能、兼容性強、變溫範圍大、靈活小巧，安裝快捷方便、操作簡單、性能可靠的冷熱原位微觀應力測試係統解決(jue) 方案，且性價(jia) 比高。

1) 應用範圍廣：可用於(yu) 金屬、無機（半導體(ti) 、陶瓷）、有機（生物、高分子、纖維）、複合塗層等多個(ge) 學科的材料科學研究。

2) 溫控技術強：三種變溫模塊（半導體(ti) 冷熱、液氮/電熱冷熱等）可自由更換，變溫範圍-190~600℃，RT~1000℃，溫控精度±0.1℃，具有自主產(chan) 權核心溫控模塊算法；

3) 載荷加載功能多：可更換多種專(zhuan) 用夾具，可實現測試樣品的拉伸、擠壓、疲勞測試；最大拉伸載荷5kN，載荷精度0.2%；拉伸速率達1 -100 um/s，最大位移50mm；

4) 變溫拉伸台適應性強：可適配掃描電子顯微鏡、光學顯微鏡係統、X射線衍射儀(yi) 等係統；

5) 軟件集成度高：集成溫控、拉伸測試，可進行載荷、溫度、位移多種參數設置，可結合靈活的閥值進行循環負載的複雜實驗，可以實時進行材料研究應力應變；

6) 軟件界麵表現豐(feng) 富：係統軟件提供多種模式的材料檢測模式，溫度、載荷、位移閾值設置，曲線生成，數據自動采集、多種格式輸出；

7) 技術支持：自主研發，定製開發靈活；提供全麵的解決(jue) 方案和技術指導。

三維顯微應變測量係統

WTDIC-Micro顯微應用測量係統：光學顯微鏡和DIC數字圖像相關(guan) 技術的結合，可以滿足納米級精度測量需求。

使用方法步驟

在柔性小尺寸試樣測試過程中，冷熱原位拉伸測試係統的使用方法及步驟如下：

(1) 通過專(zhuan) 用的小試樣散斑噴塗裝置，製作散斑塗層。當然，也可以通過畫線等方式製作標記，視頻引伸計均可支持，但製作散斑塗層後麵還可以擴展到其他用途，所以我們(men) 建議處理為(wei) 散斑塗層。製作完成的試樣類似下圖。

小尺寸試樣散斑噴塗效果

(2) 將小試樣放在對應的試驗機上並夾持住

冷熱原位拉伸測試係統加載試樣

測試結果

（1）應變-狀態曲線

（2）位移-狀態曲線

溫度波動曲線

（3）數據表格

計算得到的位移場(上)和應變場(下)

總結：

在柔性材料研究中，高精度實時獲取不同溫度下的應力應變數據，是解決(jue) 柔性小尺寸試樣變溫環境應力應變測量問題的較佳方案。hth在线登录針對小尺寸試樣力學試驗中的測量難題，為(wei) 用戶提供成套解決(jue) 方案，在小試樣的加載裝置、夾具設計、環境控製等方麵提供完整的解決(jue) 方案。