柔性電子可靠性的基石：全面力學測試指南

柔性電子材料的力學測試是評估其在實際應用（如可穿戴設備、柔性顯示、電子皮膚等）中能否承受各種機械應力的關鍵環節。其測試體系比傳統剛性材料更為復雜和多樣化，通常包含以下幾個核心類別：

1. 基礎力學性能測試

這類測試旨在獲取材料的基本力學參數。

拉伸/壓縮測試：

目的：測量楊氏模量、屈服強度、斷裂強度、斷裂應變（延展性）。

特點：柔性電子材料的斷裂應變通常遠超傳統材料（可達百分之幾十甚至幾百%），需要高精度大變形引伸計。

彎曲測試：

目的：評估材料在反復彎曲下的柔韌性和耐久性。常見方法有：

靜態彎曲：測量不同彎曲半徑下的電學性能變化。

循環彎曲疲勞測試：在固定半徑下進行數萬至百萬次彎曲，監測電阻等電學參數的衰減，評估疲勞壽命。

剝離強度測試：

目的：量化柔性薄膜（如導電薄膜、封裝層）與基底（如PI、PET）之間的粘附力。

方法：90°或180°剝離測試，對多層結構器件至關重要。

2. 界面與粘附力測試

柔性器件多為多層結構，界面可靠性是弱點。

劃痕測試：用金剛石探針劃過涂層表面，通過臨界載荷評估薄膜與基底的結合強度。

拉伸/剪切搭接測試：將兩個組件用膠粘接，進行拉伸或剪切，測試界面強度。

blister Test（鼓泡測試）：在界面處注入氣體或液體形成鼓泡，通過壓力計算界面粘附能。

3. 動態力學性能測試

動態熱機械分析：

目的：測量材料在交變應力下的儲能模量（彈性）、損耗模量（粘性） 和損耗因子隨溫度、頻率的變化。

意義：了解材料在不同工作溫度和動態負載下的粘彈性行為，對于設計可拉伸和自修復材料尤為重要。

4. 耐久性與疲勞測試

模擬實際使用中的長期機械應力。

循環拉伸/壓縮疲勞測試：在交變拉伸/壓縮載荷下，測試材料或器件電學性能的穩定性直至失效。

扭曲測試：評估材料在扭轉應力下的性能。

折疊測試（特別關鍵）：模擬手機折疊屏的情況。區分：

內折：屏幕向內彎曲。

外折：屏幕向外彎曲。

測試指標：在特定折疊半徑（如R=1mm, 3mm）下，進行數十萬次折疊，監測電阻變化、裂紋產生等。

5. 環境與耦合場測試

考察機械應力與環境因素（或電學性能）的共同作用。

環境可靠性測試：

溫濕度循環 + 機械彎曲/拉伸：測試材料在冷熱、干濕變化同時承受形變時的穩定性。

耐汗液、耐化學試劑測試：針對可穿戴設備。

機電耦合性能測試：

目的：核心測試——在施加機械變形（拉伸、彎曲、折疊）的同時，實時監測其電學性能（電阻、電容、載流子遷移率等）的變化。

6. 表征與分析技術

力學測試通常需要結合原位觀測以分析失效機理。

原位顯微觀測：在拉伸/彎曲臺上，用光學顯微鏡、掃描電鏡或原子力顯微鏡實時觀察材料表面裂紋的產生、擴展和分層過程。

數字圖像相關技術：

目的：非接觸式測量樣品表面的全場應變分布。

義：對于不均勻材料或結構，可以精準定位應力集中區域和應變點。

測試對象層級

材料層級：單一材料（如PEDOT:PSS導電聚合物、銀納米線薄膜、液態金屬）。

器件層級：完整功能單元（如柔性傳感器、薄膜晶體管、發光器件）。

系統層級：集成后的模塊或產品。

總結要點

柔性電子材料的力學測試是一個多維度、多尺度、多物理場耦合的綜合性評估體系。其核心挑戰在于：

1. 微小力與大變形的精準測量。

2. 力學載荷下電學性能的實時同步監測。

3. 對界面和疲勞失效機理的深入理解。

4. 模擬真實、復雜的使用工況。