可延展電子器件中蛇形導線島橋結構的力學分析及優(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、生物以及工程科學等多個領域的應用對科學研究和技術進步起到了巨大的推動作用。蛇形導線島橋結構能高效地實現(xiàn)柔性電子器件的延展性，關于其力學行為的研究是涉及柔性電子器件設計和應用的重要課題，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線島橋結構的理論模型，首次導出了蛇形導線臨界屈曲應變和彈性延展率的解析解。在此基

2、礎上，詳細分析了導線彈性延展率與導線單元數(shù)量、高跨比、截面厚寬比、材料屈服極限之間的關系。通過對解析解的分析和數(shù)值模擬及實驗的驗證，確定了蛇形導線正對稱和反對稱兩種屈曲模態(tài)及相應的后屈曲過程的參數(shù)范圍。
　　2.提出了分形導線幾何構型的詳盡構建方法，在此基礎上建立了力學解析模型，通過分析各級自相似結構柔度矩陣的遞推關系，首次導出了任意級厚分形導線（導線厚度與寬度差距較小）彈性延展率的解析解。通過對解析解的參數(shù)分析及有限元結果的驗證

3、，闡明了厚分形導線彈性延展率和結構自相似級數(shù)之間的關系。
　　3.基于薄分形導線（導線厚度遠小于寬度）在拉伸過程中分級展開的力學行為，提出了一個用于薄分形導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，闡明了薄分形導線的彈性延展率和結構自相似級數(shù)之間的關系。
　　4.通過對比導線與基體不同粘合狀態(tài)的實驗結果及有限元分析結果，建立了與基體部分粘合

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