柔性电子领域蓬勃发展，已经在诸如人机交互、电子皮肤和智能可穿戴设备等领域展现巨大应用前景。在实际应用场合中，柔性器件内部材料往往需要承受各种类型的应变，极易出现功能退化甚至器件失效。因此，如何通过合理的结构设计和材料优化，使器件在大的应变条件下，仍然保持性能稳定（也称作应变耐受度，strain tolerance），是柔性电子领域的关键问题。目前，柔性电子器件的设计准则主要包括减薄器件基底和增强界面粘附两个方面。结合一些新兴的结构方案，比如蜿蜒形状、褶皱形状和剪纸技术等，器件的应变耐受度获得了很大的提升，在一些涉及大变形的应用场景体现更先进的应用示范。

图1. 提升柔性器件应变耐受度的通用准则及本文的新准则。

图2. 中间层材料弹塑性属性对顶部材料变形行为的影响规律

  为了证实新准则的正确性，作者先从理论的角度对其进行了验证。图2是理论模型的示意图，通过遍历中间层材料的杨氏模量（E）和屈服应变（ε_Y），逐一考察顶部材料的归一化应变大小。随着E的增加和ε_Y的增加，逐渐减小，由1到0.52，证明了新准则的正确性，也表明当高杨氏模量和高屈服应变的薄膜材料嵌入器件与基底之间时，器件的整体应变耐受度会提升。

  柔性电子器件的应变耐受度是关系器件性能稳定，使用寿命等诸多实际问题的关键，本文作者发现了中间层材料的弹塑性属性可以影响顶层材料的变形规律，并以此为基础，提出名为超薄中间层材料的弹塑性设计准则，即通过嵌入超薄的具有高杨氏模量和屈服应变的中间层材料，可以大大提升顶部材料的应变耐受度，与之前的典型准则（减薄基底、增加界面粘附）互不依赖，为解决柔性电子器件应变耐受度问题提供了新的思路。

  香港理工大学时装与纺织学院（SFT），先进界面材料与器件实验室博士后胡鸿为论文的第一作者，香港理工大应用生物与化学技术系（ABCT）、智慧能源研究院、智能可穿戴研究院郑子剑教授为论文的通讯作者，论文的重要合作者还包括香港理工大学应用物理系（AP）郭昫昀博士后和朱叶助理教授，论文得到香港RGC高级研究员计划（SRFS2122-5S04）以及香港理工大学（1-ZVQM和1-CD44）的资助。

  原文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.2c12269

通讯作者介绍

  郑子剑，香港理工大学应用生物及化学科技学系（ABCT）、智慧能源研究院、智能可穿戴研究院教授。2003年获得清华大学化学工程系工学学士学位，2007年获得剑桥大学化学系博士学位，2008-2009年在美国西北大学Mirkin教授课题组从事博士后研究；2009年加入香港理工大学担任助理教授并成立独立课题组，2013年破格晋升为终身副教授，2017年晋升为教授。研究方向主要包括柔性电子、微纳制造、高分子智能材料、能源转化与存储。迄今已在包括Science、Nature Materials、Nature Communication、Advanced Materials、JACS、Angew Chem等高水平SCI期刊发表学术论文190余篇；申请专利25项。创办Wiley绿色能源环境领域的先进材料期刊《EcoMat》并担任主编，亦担任Advanced Materials和Small的客座编辑，以及Advanced Energy Materials的顾问委员会成员。2018年当选香港青年科学院创院院士，2020年当选长江讲座教授，2021年当选香港研资局高级研究学者。