柔性基周期性厚度梯度薄膜的应变效应

摘要

可控的表面微结构在柔性电子、仿生器件和能源材料等方面均具有重要的应用价值.本文采用编织铜网作为掩模板,利用磁控溅射技术在柔性聚二甲基硅氧烷(PDMS)基底上制备具有周期分布的厚度梯度金属银薄膜,研究了薄膜在单轴压缩/拉伸过程中的形貌演化规律.实验发现,在单轴机械载荷作用下,银薄膜表面将形成相互垂直的条纹褶皱和多重裂纹.膜厚的梯度变化调制了薄膜的面内应力分布,导致褶皱在膜厚较小处率先形成,并逐渐扩展到膜厚较大区域,而裂纹则基本限定在膜厚较小区域.基于应力理论和有限元计算,对周期性厚度梯度薄膜的褶皱和裂纹的形貌特征、演化行为和物理机制进行了深入分析.该研究将有助于加深对非均匀薄膜体系的应变效应的理解,并有望通过梯度薄膜的结构设计在柔性电子等领域获得应用.