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  柔性電子領域蓬勃發展，已經在諸如人機交互、電子皮膚和智能可穿戴設備等領域展現巨大應用前景。在實際應用場合中，柔性器件內部材料往往需要承受各種類型的應變，極易出現功能退化甚至器件失效。因此，如何通過合理的結構設計和材料優化，使器件在大的應變條件下，仍然保持性能穩定（也稱作應變耐受度，strain tolerance），是柔性電子領域的關鍵問題。目前，柔性電子器件的設計準則主要包括減薄器件基底和增強界面粘附兩個方面。結合一些新興的結構方案，比如蜿蜒形狀、褶皺形狀和剪紙技術等，器件的應變耐受度獲得了很大的提升，在一些涉及大變形的應用場景體現更先進的應用示范。

圖1. 提升柔性器件應變耐受度的通用準則及本文的新準則。

圖2. 中間層材料彈塑性屬性對頂部材料變形行為的影響規律

  為了證實新準則的正確性，作者先從理論的角度對其進行了驗證。圖2是理論模型的示意圖，通過遍歷中間層材料的楊氏模量（E）和屈服應變（ε_Y），逐一考察頂部材料的歸一化應變大小。隨著E的增加和ε_Y的增加，逐漸減小，由1到0.52，證明了新準則的正確性，也表明當高楊氏模量和高屈服應變的薄膜材料嵌入器件與基底之間時，器件的整體應變耐受度會提升。

  柔性電子器件的應變耐受度是關系器件性能穩定，使用壽命等諸多實際問題的關鍵，本文作者發現了中間層材料的彈塑性屬性可以影響頂層材料的變形規律，并以此為基礎，提出名為超薄中間層材料的彈塑性設計準則，即通過嵌入超薄的具有高楊氏模量和屈服應變的中間層材料，可以大大提升頂部材料的應變耐受度，與之前的典型準則（減薄基底、增加界面粘附）互不依賴，為解決柔性電子器件應變耐受度問題提供了新的思路。

  香港理工大學時裝與紡織學院（SFT），先進界面材料與器件實驗室博士后胡鴻為論文的第一作者，香港理工大應用生物與化學技術系（ABCT）、智慧能源研究院、智能可穿戴研究院鄭子劍教授為論文的通訊作者，論文的重要合作者還包括香港理工大學應用物理系（AP）郭昫昀博士后和朱葉助理教授，論文得到香港RGC高級研究員計劃（SRFS2122-5S04）以及香港理工大學（1-ZVQM和1-CD44）的資助。

  原文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.2c12269

通訊作者介紹

  鄭子劍，香港理工大學應用生物及化學科技學系（ABCT）、智慧能源研究院、智能可穿戴研究院教授。2003年獲得清華大學化學工程系工學學士學位，2007年獲得劍橋大學化學系博士學位，2008-2009年在美國西北大學Mirkin教授課題組從事博士后研究；2009年加入香港理工大學擔任助理教授并成立獨立課題組，2013年破格晉升為終身副教授，2017年晉升為教授。研究方向主要包括柔性電子、微納制造、高分子智能材料、能源轉化與存儲。迄今已在包括Science、Nature Materials、Nature Communication、Advanced Materials、JACS、Angew Chem等高水平SCI期刊發表學術論文190余篇；申請專利25項。創辦Wiley綠色能源環境領域的先進材料期刊《EcoMat》并擔任主編，亦擔任Advanced Materials和Small的客座編輯，以及Advanced Energy Materials的顧問委員會成員。2018年當選香港青年科學院創院院士，2020年當選長江講座教授，2021年當選香港研資局高級研究學者。