半导体电子器件sci期刊（可拉伸柔性电子器件）

半导体电子器件sci期刊（可拉伸柔性电子器件）Ecoflex 基材中的 FWI 能够承受各种变形模式。( A ) 聚合物基底 FWI 中两种完全界面失效的示意图。( B到D ) 根据(B) Dragon Skin、(C) Ecoflex 和 (D) Ecoflex Gel的p / i比率变化进行失效应变。( E ) 不同p / i比率的 FWI 示意图。每个框代表每种聚合物的优化 FWI。( F ) 在三种不同的聚合物基质（Dragon Skin、Ecoflex 和 Ecoflex 凝胶）中通过实验获得的 CI（白条）和 FWI（蓝条）失效应变。比例尺，5 毫米（B 到 D）。图片来源：韩国科学技术院 JC Yang。裂纹扩展引起的界面失效研究。( A ) 推导 FWI 的过程示意图。( B ) 设计因素（齿数、p / i比、a / b比和c / i比）对失效应变的贡献百分比。（C）实验获得的 CI、WMI（n = 6 和 12）和

将刚性组件集成到软聚合物基质中被认为是实现可拉伸电子产品的最可行架构。然而，抑制由于各种类型的过度和重复变形而在软质和刚性材料之间的界面处产生裂纹的方法仍然是一项艰巨的挑战。在这里，我们对摩天轮形岛（FWI）进行了几何设计，能够在各种变形模式（拉伸、扭曲、戳戳和皱缩）下有效抑制界面处的裂纹扩展。与传统的圆形和方形岛相比，优化的 FWI 的失效应变和疲劳寿命显着增加。使用本质上可拉伸的印刷电极演示了由各种刚性组件（LED 和纽扣电池）组成的可拉伸电子设备。此外，展示了能够在不受干扰的情况下区分各种触觉刺激的电子皮肤。我们的方法使可拉伸电子设备能够以各种几何形式使用，具有显着增强的耐用性，使可拉伸电子设备能够承受日常使用中潜在的恶劣条件。

图文简介

FWI 嵌入在 Ecoflex 基材中，用于高度耐用的可拉伸电子产品。

( A ) Ecoflex 中带有摩天轮形岛 (FWI) 阵列的可拉伸电子器件示意图。( B ) 左：可拉伸电子器件在各种变形下工作的示意图；右图：电子皮肤（e-skin）检测触觉刺激的示意图。( C ) 左：嵌入 Ecoflex 中的 PLA 岛的照片；右图：比较 Ecoflex 基材中圆形岛 (CI) 和 FWI 的最大拉伸性的照片。Ecoflex 中的 CI 和 FWI 分别拉伸到 75% 和 175%。( D ) 数字图像相关 (DIC) 图像显示了在拉伸下 Ecoflex 中 CI 和 FWI 的裂纹扩展过程。( E) 拉伸下 Ecoflex 中 CI（红色迹线）和 FWI（蓝色迹线）的应力与应变。( F ) 破坏时的应变根据角度。这些岛屿以特定角度旋转，嵌入到 Ecoflex 矩阵中，并垂直拉伸。比例尺，1 厘米（C）和 5 毫米（D）。图片来源：JC Yang，韩国科学技术高等研究院 (KAIST)。

裂纹扩展引起的界面失效研究。

( A ) 推导 FWI 的过程示意图。( B ) 设计因素（齿数、p / i比、a / b比和c / i比）对失效应变的贡献百分比。（C）实验获得的 CI、WMI（n = 6 和 12）和 FWI（n = 6 和 12）的失效应变。( D ) FE 模拟的岛屿和 Ecoflex 基板之间裂纹扩展的示意图。( E ) CI、WMI ( n ) 的总应变与开裂位移 (COD) 的关系= 6 和 12）和 FWI（n = 6 和 12）。( F ) 有限元模拟图像显示了当 COD 达到 2.5 mm 时裂纹扩展的过程。

FWI 与各种聚合物材料的兼容性。

( A ) 聚合物基底 FWI 中两种完全界面失效的示意图。( B到D ) 根据(B) Dragon Skin、(C) Ecoflex 和 (D) Ecoflex Gel的p / i比率变化进行失效应变。( E ) 不同p / i比率的 FWI 示意图。每个框代表每种聚合物的优化 FWI。( F ) 在三种不同的聚合物基质（Dragon Skin、Ecoflex 和 Ecoflex 凝胶）中通过实验获得的 CI（白条）和 FWI（蓝条）失效应变。比例尺，5 毫米（B 到 D）。图片来源：韩国科学技术院 JC Yang。

Ecoflex 基材中的 FWI 能够承受各种变形模式。

( A和B ) 在 70% 和 120% 应变的重复拉伸下，Ecoflex 中 (A) CI 和 (B) FWI 的应力与应变分别。( C ) Ecoflex 中 CI 和 FWI 的模量 ( E / E 0 ) 与周期的相对变化。插图是 0 到 150 个周期的曲线放大图。( D ) 在 60% 应变的重复拉伸下，Ecoflex 中 180° 和 360° 的扭曲 FWI 照片。( E )拉伸下 Ecoflex 中扭曲 CI 和 FWI的模量 ( E / E 0 ) 与循环的相对变化。插图是 0 到 30 个周期的曲线放大图。( F) 在 10 kPa（力：3 N）的重复压力下，具有 60% 横向应变的 Ecoflex 中的 FWI 照片。( G )戳戳下 Ecoflex 中 CI 和 FWI的压力相对变化 ( P / P 0 ) 与周期的关系。左侧插图显示 FWI 在 11 个循环后从 Ecoflex 剥离。右侧插图是 0 到 20 个周期的曲线放大图。( H) 放置在圆柱体内的 Ecoflex 中（顶部）CI 和（底部）FWI 阵列的照片。两个岛阵列在 35 kPa 的压力下被反复垂直压皱 100 次。在 CI 阵列中，裂纹在岛和 Ecoflex 之间的界面处迅速扩展。另一方面，在 FWI 阵列中没有出现可见的裂纹扩展。比例尺，2 厘米（D）和 1 厘米（F 和 H）。图片来源：韩国科学技术院 S. Lee。

由能够承受各种变形模式的刚性组件组成的可拉伸电子器件。

( A ) 印刷在 Ecoflex 基板中的 FWI 上的可拉伸银片/Ecoflex 电极的示意图、照片和 SEM 图像。( B ) 在 Ecoflex 的 CI 和 FWI 上印刷的 Ag 薄片/Ecoflex 电极的电阻与横向应变的关系。左侧插图显示在 Ecoflex 中打印在 CI 上的电极在 50% 时断开。中间和右侧插图显示，Ecoflex 中 FWI 上打印的电极分别以 125% 和 220% 连接。( C和E ) (C) 可拉伸 LED 阵列和 (E) 带有 FWI 的可拉伸电池组的示意图和照片。封装层是 Ecoflex。（D和F) (D) 可拉伸 LED 阵列和 (F) 能够承受各种变形模式（扭曲、弯曲、拉伸和起皱）的可拉伸电池组的照片。比例尺、1 厘米 [(A)、左图]、10 微米 [(A)、右图]、3 厘米 (C) 和 4 厘米 (E)。图片来源：韩国科学技术院 JC Yang。

电子皮肤区分压力和横向应变。

( A ) 由聚吡咯涂层微锥体 PDMS 压力传感器和多孔 CNT/Ecoflex 应变传感器组成的电子皮肤示意图。红色虚线内的区域与横向应变隔离。( B ) 放置在 Ecoflex 中 CI 和 FWI 区域的压力传感器在拉伸下的传感特性。CI 上的压力传感器不工作，因为在 70% 应变下电极断开。( C ) 压力传感器检测到的桡动脉脉搏信号。( D ) 由应变传感器检测到的膝关节弯曲信号。( E）实时监测各种变形中的压力和横向应变：（i）基板上的压力和（ii）沿x轴拉伸基板和双轴拉伸基板上的压力。图片来源：韩国科学技术院 JC Yang。

对于未来可拉伸电子产品的实际使用，确保设备在日常使用中可能暴露的潜在恶劣条件下的高耐用性非常重要。从这个意义上说，简单的横向应变测试不足以使可拉伸电子产品符合实际应用的要求。为了弥补这一差距，我们开发了在与软聚合物的界面处具有强机械稳定性的 FWI。由于互锁结构抑制了界面裂纹扩展，FWI 改善了拉伸失效应变并延长了各种变形模式（拉伸、扭曲、戳和皱）下的疲劳寿命。FWI的各种设计参数对基材的机械稳定性影响很大，取决于高分子材料的机械性能。对于可拉伸电子设备的实际演示，我们在 FWI 阵列上打印了本质上可拉伸的电极并放置了刚性组件（LED 和纽扣电池）。此外，我们制造了能够区分各种物理刺激的电子皮肤。我们的技术通常可以应用于各种可拉伸电子产品，以在各种变形模式下赋予高耐久性，从而使可拉伸电子产品在不久的将来更接近商业化。

论文信息

论文题目：Geometrically engineered rigid island array for stretchable electronics capable of withstanding various deformation modes通讯作者：Taek-SooKim，StevePark通讯单位：韩国科学技术高等研究院 (KAIST) 材料科学与工程系

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