近日，南方科技大學(xué)材料科學(xué)與工程系副教授郭傳飛、南科大-哈工大聯(lián)培材料系博士生王燕等人合作提出了無褶皺柔性電子設(shè)計(jì)新思路，相關(guān)研究成果在線發(fā)表于材料領(lǐng)域期刊Advanced Materials上。
　　柔性電子技術(shù)曾被Science（《科學(xué)》）雜志評為世界十大科技成果之一，正悄無聲息地融入日常生活的方方面面。柔性電極和柔性電子器件通常由硬-軟雙層或多層結(jié)構(gòu)組成。然而，硬-軟結(jié)構(gòu)在變形過程中極易發(fā)生失穩(wěn)，其中為常見的形式是表面褶皺。通常來說，硬膜-軟基體系起皺所需的臨界應(yīng)變非常小，一旦受到擠壓就很容易生長褶皺。連綿的山川、皮膚表面的皺紋、瓜果表面的紋理均被認(rèn)為是硬-軟結(jié)構(gòu)失穩(wěn)所致。
　　柔性透明電極是柔性光電子器件中的部分，如果其表面生長褶皺，將會造成粗糙度的迅速上升和透射率的急劇下降。因此，發(fā)展抗褶皺的柔性透明電極和相關(guān)器件對柔性電子技術(shù)具有重要意義。

　　泊松比對雙層結(jié)構(gòu)起皺行為的影響示意圖
　　團(tuán)隊(duì)在研究中發(fā)現(xiàn)，如果雙層體系中硬膜（例如柔性電極的金屬導(dǎo)電層）的等效泊松比（網(wǎng)絡(luò)或多孔等非塊體材料在受拉或受壓時(shí)產(chǎn)生的泊松比）超過一個(gè)臨界值，那么該雙層結(jié)構(gòu)在單向拉伸、單向壓縮、或者貼附在預(yù)拉伸的襯底上釋放后均不會生長褶皺。在形變量很小的情況下，這個(gè)臨界值約為2，即當(dāng)導(dǎo)電層的泊松比大于2時(shí)，柔性透明電極在拉伸或者壓縮時(shí)都不生長褶皺。
　　一般均質(zhì)固體材料的泊松比都不超過0.5，因此普通的金屬膜-高彈體體系都極易起皺。但許多鏤空網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的等效泊松比卻有可能大于2。同時(shí)，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)還具有較高的可拉伸性，可以被用作柔性透明電極。不過，當(dāng)拉伸量很大時(shí)，金屬網(wǎng)絡(luò)中也會萌生裂紋，使得泊松比降低，導(dǎo)致褶皺，實(shí)驗(yàn)中也觀察到了褶皺和裂紋的伴生現(xiàn)象。
　　研究結(jié)果說明，只有柔性電極或器件同時(shí)具有良好的可拉伸性和很大的有效泊松比時(shí)，這種抗皺機(jī)制才可以被發(fā)揮出來。

　　泊松效應(yīng)對柔性電極和柔性電子器件光學(xué)及電學(xué)性能的影響
　　研究團(tuán)隊(duì)還發(fā)現(xiàn)，某些網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的有效泊松比隨著應(yīng)變的增大而增大，在應(yīng)變較小時(shí)泊松比還達(dá)不到抑制褶皺的臨界值；但隨著應(yīng)變增大，其等效泊松可能超過臨界值。研究預(yù)測并觀察到了這種結(jié)構(gòu)的反常褶皺現(xiàn)象：當(dāng)變形較小時(shí)，電極中出現(xiàn)了褶皺；而隨著變形的增大，褶皺反而消失了。

　　幾種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的有效泊松比，以及一種反常褶皺生長行為的實(shí)驗(yàn)結(jié)果
　　需要指出的是，本研究中提出的采用大泊松效應(yīng)來抑制褶皺生長的思路具有普適性，并不局限于某種特殊材料。除了各種柔性電子器件中的應(yīng)用外，它還可能在其他工程應(yīng)用中的硬-軟雙層或多層結(jié)構(gòu)中被用來抑制或消除褶皺。