可延展電子器件中蛇形導(dǎo)線島橋結(jié)構(gòu)的力學(xué)分析及優(yōu)化.pdf

1、柔性可延展電子器件具有尺度小、變形能力強、延展性大等優(yōu)點，它在能源、醫(yī)學(xué)、生物以及工程科學(xué)等多個領(lǐng)域的應(yīng)用對科學(xué)研究和技術(shù)進(jìn)步起到了巨大的推動作用。蛇形導(dǎo)線島橋結(jié)構(gòu)能高效地實現(xiàn)柔性電子器件的延展性，關(guān)于其力學(xué)行為的研究是涉及柔性電子器件設(shè)計和應(yīng)用的重要課題，具有重要的理論和實際意義。本論文的主要研究內(nèi)容和創(chuàng)新成果包括:
　　1.通過建立自由變形的蛇形導(dǎo)線島橋結(jié)構(gòu)的理論模型，首次導(dǎo)出了蛇形導(dǎo)線臨界屈曲應(yīng)變和彈性延展率的解析解。在此基

2、礎(chǔ)上，詳細(xì)分析了導(dǎo)線彈性延展率與導(dǎo)線單元數(shù)量、高跨比、截面厚寬比、材料屈服極限之間的關(guān)系。通過對解析解的分析和數(shù)值模擬及實驗的驗證，確定了蛇形導(dǎo)線正對稱和反對稱兩種屈曲模態(tài)及相應(yīng)的后屈曲過程的參數(shù)范圍。
　　2.提出了分形導(dǎo)線幾何構(gòu)型的詳盡構(gòu)建方法，在此基礎(chǔ)上建立了力學(xué)解析模型，通過分析各級自相似結(jié)構(gòu)柔度矩陣的遞推關(guān)系，首次導(dǎo)出了任意級厚分形導(dǎo)線（導(dǎo)線厚度與寬度差距較?。椥匝诱孤实慕馕鼋?。通過對解析解的參數(shù)分析及有限元結(jié)果的驗證

3、，闡明了厚分形導(dǎo)線彈性延展率和結(jié)構(gòu)自相似級數(shù)之間的關(guān)系。
　　3.基于薄分形導(dǎo)線（導(dǎo)線厚度遠(yuǎn)小于寬度）在拉伸過程中分級展開的力學(xué)行為，提出了一個用于薄分形導(dǎo)線后屈曲分析的分級計算數(shù)值模型。通過有限元模擬及實驗觀察，證明了該模型在保證足夠精度的前提下，能極大地提高有限元模擬的計算效率，闡明了薄分形導(dǎo)線的彈性延展率和結(jié)構(gòu)自相似級數(shù)之間的關(guān)系。
　　4.通過對比導(dǎo)線與基體不同粘合狀態(tài)的實驗結(jié)果及有限元分析結(jié)果，建立了與基體部分粘合

4、的二級分形導(dǎo)線的解析模型，求出了其彈性延展率的尺度律公式，闡明了該工況下導(dǎo)線彈性延展率與導(dǎo)線單元數(shù)量、高跨比之間的關(guān)系。
　　5.通過一個可延展銅電極的數(shù)值模擬及實驗驗證，論證了蛇形導(dǎo)線島橋結(jié)構(gòu)在延展率上遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于直導(dǎo)線島橋結(jié)構(gòu)。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合本文的理論模型，論述了分形導(dǎo)線的優(yōu)化步驟，優(yōu)化后的分形導(dǎo)線彈性延展率要遠(yuǎn)大于相同條件下的蛇形導(dǎo)線。通過對柔性可延展的體表健康監(jiān)測儀器的結(jié)構(gòu)設(shè)計，證明了上述理論和方法的適用性。
　　本文