柔性電子可靠性的基石：全面力學(xué)測(cè)試指南

柔性電子材料的力學(xué)測(cè)試是評(píng)估其在實(shí)際應(yīng)用（如可穿戴設(shè)備、柔性顯示、電子皮膚等）中能否承受各種機(jī)械應(yīng)力的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。其測(cè)試體系比傳統(tǒng)剛性材料更為復(fù)雜和多樣化，通常包含以下幾個(gè)核心類別：

1. 基礎(chǔ)力學(xué)性能測(cè)試

這類測(cè)試旨在獲取材料的基本力學(xué)參數(shù)。

拉伸/壓縮測(cè)試：

目的：測(cè)量楊氏模量、屈服強(qiáng)度、斷裂強(qiáng)度、斷裂應(yīng)變（延展性）。

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

彎曲測(cè)試：

目的：評(píng)估材料在反復(fù)彎曲下的柔韌性和耐久性。常見方法有：

靜態(tài)彎曲：測(cè)量不同彎曲半徑下的電學(xué)性能變化。

循環(huán)彎曲疲勞測(cè)試：在固定半徑下進(jìn)行數(shù)萬(wàn)至百萬(wàn)次彎曲，監(jiān)測(cè)電阻等電學(xué)參數(shù)的衰減，評(píng)估疲勞壽命。

剝離強(qiáng)度測(cè)試：

目的：量化柔性薄膜（如導(dǎo)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(cè)試，對(duì)多層結(jié)構(gòu)器件至關(guān)重要。

2. 界面與粘附力測(cè)試

柔性器件多為多層結(jié)構(gòu)，界面可靠性是弱點(diǎn)。

劃痕測(cè)試：用金剛石探針劃過涂層表面，通過臨界載荷評(píng)估薄膜與基底的結(jié)合強(qiáng)度。

拉伸/剪切搭接測(cè)試：將兩個(gè)組件用膠粘接，進(jìn)行拉伸或剪切，測(cè)試界面強(qiáng)度。

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

3. 動(dòng)態(tài)力學(xué)性能測(cè)試

動(dòng)態(tài)熱機(jī)械分析：

目的：測(cè)量材料在交變應(yīng)力下的儲(chǔ)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(dòng)態(tài)負(fù)載下的粘彈性行為，對(duì)于設(shè)計(jì)可拉伸和自修復(fù)材料尤為重要。

4. 耐久性與疲勞測(cè)試

模擬實(shí)際使用中的長(zhǎng)期機(jī)械應(yīng)力。

循環(huán)拉伸/壓縮疲勞測(cè)試：在交變拉伸/壓縮載荷下，測(cè)試材料或器件電學(xué)性能的穩(wěn)定性直至失效。

扭曲測(cè)試：評(píng)估材料在扭轉(zhuǎn)應(yīng)力下的性能。

折疊測(cè)試（特別關(guān)鍵）：模擬手機(jī)折疊屏的情況。區(qū)分：

內(nèi)折：屏幕向內(nèi)彎曲。

外折：屏幕向外彎曲。

測(cè)試指標(biāo)：在特定折疊半徑（如R=1mm, 3mm）下，進(jìn)行數(shù)十萬(wàn)次折疊，監(jiān)測(cè)電阻變化、裂紋產(chǎn)生等。

5. 環(huán)境與耦合場(chǎng)測(cè)試

考察機(jī)械應(yīng)力與環(huán)境因素（或電學(xué)性能）的共同作用。

環(huán)境可靠性測(cè)試：

溫濕度循環(huán) + 機(jī)械彎曲/拉伸：測(cè)試材料在冷熱、干濕變化同時(shí)承受形變時(shí)的穩(wěn)定性。

耐汗液、耐化學(xué)試劑測(cè)試：針對(duì)可穿戴設(shè)備。

機(jī)電耦合性能測(cè)試：

目的：核心測(cè)試——在施加機(jī)械變形（拉伸、彎曲、折疊）的同時(shí)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)其電學(xué)性能（電阻、電容、載流子遷移率等）的變化。

6. 表征與分析技術(shù)

力學(xué)測(cè)試通常需要結(jié)合原位觀測(cè)以分析失效機(jī)理。

原位顯微觀測(cè)：在拉伸/彎曲臺(tái)上，用光學(xué)顯微鏡、掃描電鏡或原子力顯微鏡實(shí)時(shí)觀察材料表面裂紋的產(chǎn)生、擴(kuò)展和分層過程。

數(shù)字圖像相關(guān)技術(shù)：

目的：非接觸式測(cè)量樣品表面的全場(chǎng)應(yīng)變分布。

義：對(duì)于不均勻材料或結(jié)構(gòu)，可以精準(zhǔn)定位應(yīng)力集中區(qū)域和應(yīng)變點(diǎn)。

測(cè)試對(duì)象層級(jí)

材料層級(jí)：?jiǎn)我徊牧希ㄈ鏟EDOT:PSS導(dǎo)電聚合物、銀納米線薄膜、液態(tài)金屬）。

器件層級(jí)：完整功能單元（如柔性傳感器、薄膜晶體管、發(fā)光器件）。

系統(tǒng)層級(jí)：集成后的模塊或產(chǎn)品。

總結(jié)要點(diǎn)

柔性電子材料的力學(xué)測(cè)試是一個(gè)多維度、多尺度、多物理場(chǎng)耦合的綜合性評(píng)估體系。其核心挑戰(zhàn)在于：

1. 微小力與大變形的精準(zhǔn)測(cè)量。

2. 力學(xué)載荷下電學(xué)性能的實(shí)時(shí)同步監(jiān)測(cè)。

3. 對(duì)界面和疲勞失效機(jī)理的深入理解。

4. 模擬真實(shí)、復(fù)雜的使用工況。