电子器件柔性化设计方法PPT课件

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分形互联岛桥结构
S．Xu等人于2013年研制的可延展锂例子电池中 ，对蛇形导 线的几何构型进行了拓展，融入了分形的概念，设计了一种 自相似的蛇形导线，使锂电池的总延展率能达到～300％， 而功能组件覆盖率也高达～50％。 实验以及数值结果均表明， 在给定的空间内，这种分形结构的蛇形导线比传统的蛇形导 线具有更大的延展率。
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The End
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在这种岛桥结构中，连接岛所用的导线被替换成了蛇形导线， 相比于直导线，蛇形结构在相同的岛间距内长度更大。当设 备进行拉伸时，由于蛇形结构导线的面内弯曲会累积很大的 应变能，因此导线会发生面外的弯曲和扭转(即面外屈曲)， 从而减小导线的应变能。在这个过程中，导线承担了电子器 件的几乎全部的应变，而器件中的半导体设备几乎不承受应 变，最终器件的可延展性能达到～100％。
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蛇形互联岛桥结构
蛇形导线岛桥结构同时解决了可延展性和覆盖率的问题，但 由于其复杂的几何构型和屈曲分析的非线性，对它的研究目 前仅停留在实验及数值模拟阶段，其力学性能上的很多问题， 如蛇形导线屈曲机理、应力应变关系，导线构型的优化，岛 桥结构与基体之间的相互作用等，仍然缺乏理论研究，阻碍 了柔性电子技术的发展。
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剪纸结构
剪纸结构中存在镂空的条带使得整体在展开状态下可以实现 进一步的变形，如屈曲、扭转和剪切等，而折纸结构由于需 要保持纸面的完整性，在展开状态下的变形会受到纸面的限 制。因此，剪纸结构往往比折叠结构具有更大的延展性。
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研究趋势
目前的可延展柔性结构，其可延展柔性通常在外力的作用下 完成，缺少功能性，另一方面结构与功能一体化的智能材料 正成为高分子领域的重要前沿研究方向，将智能材料与可延 展柔性电子结构集成，制备高性能的智能可延展柔性电子器 件，可为可延展柔性电子提供一个新的维度，大大拓宽可延 展柔性电子的应用范围，例如动态可控的可延展结构和软体 机器人等。另外，当前的可延展柔性电子器件，离真正的应 用还有很长的距离，还有很多的力学问题亟需解决，例如可 延展柔性电子器件的动力学问题、可靠性问题、界面力学问 题等
电子器件柔性化设计 方法
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电子器件柔性化设计方法
直接采用柔性功能材料 波纹结构 直互联岛桥结构 蛇形互联岛桥结构 分形互联岛桥结构 折纸结构 剪纸结构
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采用柔性功能材料
传统的柔性功能材料的相对介电常数、压电系数、耦合因数 等较小，导致其性能相对欠佳。近年来，基于碳纳米管和石 墨烯的柔性电子器件已经有了长足的发展。碳纳米管和石墨 烯薄膜材料在薄膜晶体管器件的应用领域中，已展示出高载 流子迁移率和优异的环境稳定性等特点。基于碳纳米管和石 墨烯的柔性电子器件是无机柔性电子器件中的一个重要发展 方向。
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直互联岛桥结构
但是由于直导线的尺寸受到了岛与岛之间间距的影响，若要 继续增大电子器件的延展率，就需要增大岛的间距，导致整 个器件中功能组件的覆盖率下降，影响到电路的大规模集成。
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蛇形互联岛桥结构
H．C．Ko等人基于T．Li提出的蛇形导线这种几何构型，将 其应用于岛桥结构中，即蛇形互联岛桥结构。
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波纹结构
将一个柔性基体沿一个方向做预拉伸处理，然后将 一个刚度很大的薄膜通过底面完全粘结在基体上。 释放柔性基体，薄膜在轴向上由于受到压力发生屈 曲，最终薄膜和粘结的基体共同发生了波浪状 的变 形，这种波浪状的结构能使薄膜和基体承受更大的 应变。
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波纹结构
Jiang和Song 等针对硬薄膜黏接在柔性基体上的屈曲模型做 了详细的分析, 从理论上定量预测硅纳米条带波浪屈曲的波 长和幅值，以及屈曲薄膜的最大应变
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波纹结构
但是硬膜屈曲结构由于薄膜与柔性基体都是保持百分之百的 黏结, 器件的延展性不高，仅有5%-10%。
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直互联岛桥结构
D．H．Kim等人开发出了直互联岛桥结构法。在这种方法中， 功能组件(岛)通过化学方法粘合在经过预拉伸的基体上，组 件之间通过导线(桥)进行连接，导线与基体之间不发生粘合。 释放预应变后，导线发生面外屈曲而拱起从而提高柔性电子 器件的延展性。
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分形互联岛桥结构
在实际优化过程中，不仅要考虑系统的力学性能，也要考虑 系统的电学性能。因为虽然增加分形导线的级数可大大增加 导线的长度进而提高系统的延展性，但同时也增加了互联导 线的电阻，可能引起其它不可忽略的问题。
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折纸结构
目前大家广泛关注的一种折纸结构Miura-ori，它主要靠相邻 面之间的折痕发生弯曲而变形，其他平面主要发生刚性转动， 并不发生变形，从而在系统受到外载时，可保证集成在上面 的器件不会发生破坏。 Miura-ori结构的基本单元由四个短边 为a长边为b且夹角为β的平行四边形组成.在折来自百度文库时两两构成 (峰)和(谷),给定平行四边 形的尺寸a和b后,Miura-ori结构的 折叠构型由两个平行四边形的折痕间夹角φ唯一确定