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  進入二十一世紀以來，柔性可拉伸電子器件取得了飛速的發展與突破并廣泛應用于各個領域，例如：醫療健康、智能感知、虛擬/增強現實和軟機器人等。高性能、多功能的可拉伸電子器件離不開大量的集成電路芯片（IC）。然而這些無機剛性ICs的引入往往伴隨著器件延展性犧牲，同時剛性ICs與柔性基底之間的力學失配也會使器件拉伸過程中的可靠性大打折扣。因此，保證拉伸過程中ICs與柔性電路之間的穩定結合尤為重要。另一方面，除了功能特性之外，可拉伸電子器件的安全性與舒適性也正在成為人們關注的熱點，無論是材料本身還是其成型后基底的力學性能、透氣性等都會對穿戴者的體驗造成重要影響。因此，研究人員們一直在努力探索性能卓越、安全舒適、穩定可靠的可拉伸電子器件制造方案。

  針對上述挑戰，中國科學技術大學趙剛課題組提出了一種力學梯度的策略來制備出包含剛性ICs的高性能可拉伸電子器件。該方案以靜電紡絲制備的熱塑性聚氨酯（TPU）薄膜作為基底，模板印刷的液態金屬（LM）電路作為柔性互聯導體，然后使用PVA溶液將剛性的ICs固定在LM電路上。這是一種從剛性（ICs）-高彈性模量（PVA膠）-低彈性模量（TPU納米纖維膜）-液態（LM電路）的力學梯度策略，其可以有效的引導器件拉伸過程中的變形梯度，從而維持剛柔接口的穩定性。我們通過有限元分析（FEA）和顯微觀察（SEM）的方法證明了力學梯度理論的科學性。最終，獲得了安全、舒適且超級可拉伸（>900%）的高性能柔性電子器件，并且進一步驗證了其在智能傳感、人機交互和柔性顯示等領域中的應用。相關工作以“Mechanical Gradients Enable Highly Stretchable Electronics Based on Nanofiber Substrates”為題，發表于ACS Applied Materials & Interfaces。中國科大信息學院博士生王蒙、碩士生王凱為論文并列第一作者。本研究得到國家重點研發計劃等項目支持。

作者團隊簡介

  原文鏈接：M Wang#, K Wang#, C Ma, PC Uzabakiriho, X Chen, G Zhao*. Mechanical Gradients Enable Highly Stretchable Electronics Based on Nanofiber Substrates. ACS Appl. Mater. Interfaces. 2022, acsami.2c10245.

  https://doi.org/10.1021/acsami.2c10245