引言

通過實驗、理論模型和有限元模擬的結合，英思特通過將一個薄膜粘接到一個預應變超過400%的軟彈性襯底上，探索了微觀和宏觀尺度上控制周期性屈曲脫層形成和發展的機理。我們發現，在大的基底預應變釋放時，膜中的變形遵循三階段變形機制，即局部氣泡的開始(階段I)，通過分層裂紋擴展形成周期性正弦氣泡的生長(階段II)，以及裂紋停止后在固定端壓縮下向后屈曲夾具鋸狀氣泡的過渡(階段III)。

本文我們通過實驗研究討論了利用自發屈曲脫層測量界面韌性的潛在應用，包括通過屈曲脫層薄膜獲得較低的較大拉伸應變來設計可拉伸的電子器件。

實驗與討論

我們通過類似于基底預拉伸的方法起皺，一維（1-D）周期性扣狀分層模式的生成如圖1所示的2個步驟。

圖1：自發屈曲驅動的薄膜周期性分層的示意圖

我們使用基于離子束的濺射鍍膜系統生產高分辨率的連續超薄金屬涂層。在室溫下，我們在單軸預拉伸聚二甲基硅氧烷(PDMS)襯底上沉積薄的金(Au)膜(厚度t=40nm )，為了評估微尺度屈曲脫層隨釋放應變的演化，我們使用掃描電子顯微鏡(SEM)原位表征屈曲表面形貌的脫層過程。

圖2顯示了在預應變完全釋放期間，PDMS襯底上的Au膜的順序彎曲和分層過程的傾斜SEM圖像。我們觀察到，與起皺類似，自發屈曲-脫層也表現出周期性特征，脫層屈曲或氣泡的波長和振幅幾乎一致。然而，與大面積周期性褶皺的同時形成不同，隨著釋放應變的增加，屈曲脫層表現出從局部脫層到全局周期性脫層的順序過程。

圖2：微尺度周期性帶扣分層實驗

結論

通過結合實驗、理論建模和有限元模擬，英思特探索了控制大預應變軟襯底上薄膜自發屈曲驅動周期性分層的形成和演化的機制，及其在界面韌性測量和可拉伸電子器件潛在設計中的潛在應用。

基于周期性氣泡從正弦曲線到彈性曲線形態轉變的實驗觀察，英思特開發了一個基于能量較小的三階段理論模型，以研究在施加大壓縮應變下屈曲脫層氣泡的形成(階段I)、生長(階段II)以及形狀轉變和演化(階段III)。

通過實驗結果，英思特驗證了自發周期性屈曲脫層可以釋放比起皺更多的應變能，從而使屈曲薄膜中的較大拉伸應變更小。在大壓縮下，彈性水泡呈現比正弦水泡小得多的較大拉伸應變。

這項研究的結果可以通過自發的周期性屈曲脫層在可拉伸電子器件的設計中找到潛在的應用。微尺度周期性分層上的高深寬比特征和鋸齒形狀在探索高深寬比表面在潤濕、光學、粘附和防冰等方面的獨特性方面具有潛在的應用。

審核編輯 黃宇