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机械表界面科学课题组在软基体界面润湿的研究进展
作者:  发布时间:2024-01-26    阅读次数:224

近日,机械表界面科学课题组在软基体界面润湿领域取得新进展,相关成果以“How to establish the relationship between wetting parameters and the mechanical properties of a flexible thin film为题在工程技术类一区TOP期刊Tribology International》上发表。博士研究生姜正浩作为论文的第一作者,张亚锋教授和蔡勇教授为通讯作者,西南科技大学为该成果的第一完成单位。

1 柔性薄膜涂层表面的动态润湿行为能直观反映材料的力学性能

柔性电子器件在可穿戴电子、医用可植入芯片和微纳仿生器件等领域具有广泛的应用前景。柔性薄膜涂层作为柔性电子器件的重要组成部分,其力学性能是评估柔性器件性能的关键指标之一。然而柔性薄膜涂层通常具有高粘弹特性,传统的力学测试方法无法准确的对其力学特性进行分析。该研究采用自制的微液滴观察平台和白光干涉三维轮廓仪,分析液滴在柔性薄膜涂层表面的动态润湿过程,根据接触角和润湿脊的变化规律和趋势,建立柔性薄膜涂层的润湿行为与涂层的力学行为的关系,从而获得柔性薄膜的力学特性。

2 液滴在PDMS柔性薄膜涂层上的接触角和基底变形所形成的“润湿脊”

3 接触角(a)和润湿脊高度(b)PDMS柔性薄膜涂层弹性模量的变化

研究发现,润湿参数的变化可以直观地反映柔性薄膜涂层的力学性能。此外,柔性薄膜涂层的弹性模量会影响接触角变化,并与润湿脊的高度成反比。基于润湿参数和材料力学性能的相关性,系统分析了柔性薄膜涂层在表面张力和弹性力作用下的变形机理,并提出包含界面张力和弹性力的新模型,建立PDMS柔性薄膜涂层润湿参数与弹性模量之间的理论关系。由该模型分析得到柔性薄膜涂层的弹性模量与实际值的误差小于10 %

4 柔性薄膜涂层表面润湿变形的力学分析模型

该理论分析模型适用于弹性模量在100 kPa以下的柔性薄膜/刚性基底系统的力学分析。本研究成果为进一步推动柔性电子器件的创新设计和技术研发赋能,助力相关系列产品在电子、医疗、能源和智能穿戴等多领域的应用拓展。

该工作得到四川省科技厅科技项目和结冰与防/除冰重点实验室项目的资助。


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