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我國學(xué)者揭示引線(xiàn)在柔性器件動(dòng)態(tài)測試中的影響
來(lái)源:麥姆斯咨詢(xún)  瀏覽次數:261  發(fā)布時(shí)間:2023-10-26

近日,電子科技大學(xué)王曾暉、夏娟、徐博和上海交通大學(xué)楊睿(均為共同通訊作者)等合作報道了一種針對柔性器件動(dòng)態(tài)測試的新型實(shí)驗裝置,首次揭示了引線(xiàn)在動(dòng)態(tài)彎折實(shí)驗中對柔性器件電學(xué)特性測量帶來(lái)的不可忽略的影響,并提出了一種新的實(shí)驗裝置,能夠在動(dòng)態(tài)彎折實(shí)驗中有效地、穩定地排除此類(lèi)干擾,從而大幅提高了測量的準確度。論文以“Identifying, quantifying, and mitigating extraneous contact effect in dynamic characterization of flexible devices”為題,發(fā)表于A(yíng)pplied Physics Reviews期刊。


在柔性器件的彎曲測試中,常用實(shí)驗手段是一種“半靜態(tài)”測試方式:將待測器件彎折至特定曲率,再測量器件的電學(xué)響應特性。這種方式可實(shí)現待測器件的原位、大曲率條件的測量表征,但是難以滿(mǎn)足對柔性器件在連續可調曲率變化下,對器件電學(xué)特性的動(dòng)態(tài)、瞬時(shí)變化進(jìn)行精密測量和監測的需求。而動(dòng)態(tài)測試往往是用柔性引線(xiàn)將樣品連接到測量?jì)x器,從而連續測量樣品在形變過(guò)程中的電學(xué)性能變化。然而,引線(xiàn)在實(shí)驗過(guò)程中引線(xiàn)自身的形變及其帶來(lái)的測量誤差,一直以來(lái)都被有意無(wú)意地忽略了。主要原因之一,是該效應很難與樣品自身形變帶來(lái)的信號變化區分開(kāi)來(lái),從而難以量化。但是當柔性器件不斷微型化,甚至達到納米尺度時(shí),在動(dòng)態(tài)測試過(guò)程中其自身的電阻變化與測量引線(xiàn)的電阻變化在數量級上逐步接近,對測量樣品真實(shí)的動(dòng)態(tài)電學(xué)特性帶來(lái)了嚴峻的挑戰。因此,能否區分、進(jìn)而排除測量中引線(xiàn)形變帶來(lái)的干擾信號變得愈發(fā)重要。


針對這一關(guān)鍵挑戰,電子科技大學(xué)和上海交通大學(xué)的研究者們以石墨烯柔性應變傳感器為例,通過(guò)系統的實(shí)驗設計,對比了柔性器件“在回路”和“不在回路”的動(dòng)態(tài)測試結果,首次揭示了引線(xiàn)中復雜的機械響應特性及其對電學(xué)測試結果的影響,證明了該效應會(huì )掩蓋器件本征電學(xué)響應特性,進(jìn)而降低器件性能表征的準確度。進(jìn)一步,研究者們提出了一種針對柔性器件彎折實(shí)驗的新型實(shí)驗裝置(已獲得發(fā)明專(zhuān)利授權),通過(guò)特定的機電設計保證柔性器件動(dòng)態(tài)測試過(guò)程中引線(xiàn)能夠以同一種姿態(tài)“懸浮”于待測器件上方,從而有效地避免了引線(xiàn)隨測試平臺彎折所帶來(lái)的額外機械形變(如下圖)。


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圖片來(lái)源及版權:Applied Physics Reviews及論文作者


基于大量的對比實(shí)驗,研究者們證明了這一設計可以將由引線(xiàn)機械應變造成的電阻變化降低兩個(gè)數量級,并且在樣品不同的彎曲幅度、速率下均具能夠很好地工作。同時(shí),研究者們利用有限元仿真軟件對金屬引線(xiàn)在彎折實(shí)驗中的機械變化規律進(jìn)行了建模分析,證明了這一設計能夠有效地降低引線(xiàn)和樣品連接處的機械應力變化,從原理上證明了新設計在降低金屬引線(xiàn)形變方面的科學(xué)性(如下圖)。這一研究成果為柔性器件動(dòng)態(tài)彎折實(shí)驗的動(dòng)態(tài)測試,特別是弱信號檢測,提供了一個(gè)大幅提升測試準確度的有效方案。


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圖片來(lái)源及版權:Applied Physics Reviews及論文作者


本研究得到了國家自然科學(xué)基金原創(chuàng )探索項目、聯(lián)合基金重點(diǎn)項目、面上項目、青年基金等項目的支持。

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