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(bào)道了一種針對(duì)柔性器件動(dòng)態(tài)測(cè)試的新型實(shí)驗(yàn)裝置,首次揭示了引線在動(dòng)態(tài)彎折實(shí)驗(yàn)中對(duì)柔性器件電學(xué)特性測(cè)量帶來的不可忽略的影響,并提出了一種新的實(shí)驗(yàn)裝置,能夠在動(dòng)態(tài)彎折實(shí)驗(yàn)中有效地、穩(wěn)定地排除此類干擾,從而大幅提高了測(cè)量的準(zhǔn)確度。論文以“Identifying, quantifying, and mitigating extraneous contact effect in dynamic characterization of flexible devices”為題,發(fā)表于Applied Physics Reviews期刊。
在柔性器件的彎曲測(cè)試中,常用實(shí)驗(yàn)手段是一種“半靜態(tài)”測(cè)試方式:將待測(cè)器件彎折至特定曲率,再測(cè)量器件的電學(xué)響應(yīng)特性。這種方式可實(shí)現(xiàn)待測(cè)器件的原位、大曲率條件的測(cè)量表征,但是難以滿足對(duì)柔性器件在連續(xù)可調(diào)曲率變化下,對(duì)器件電學(xué)特性的動(dòng)態(tài)、瞬時(shí)變化進(jìn)行精密測(cè)量和監(jiān)測(cè)的需求。而動(dòng)態(tài)測(cè)試往往是用柔性引線將樣品連接到測(cè)量?jī)x器,從而連續(xù)測(cè)量樣品在形變過程中的電學(xué)性能變化。然而,引線在實(shí)驗(yàn)過程中引線自身的形變及其帶來的測(cè)量誤差,一直以來都被有意無意地忽略了。主要原因之一,是該效應(yīng)很難與樣品自身形變帶來的信號(hào)變化區(qū)分開來,從而難以量化。但是當(dāng)柔性器件不斷微型化,甚至達(dá)到納米尺度時(shí),在動(dòng)態(tài)測(cè)試過程中其自身的電阻變化與測(cè)量引線的電阻變化在數(shù)量級(jí)上逐步接近,對(duì)測(cè)量樣品真實(shí)的動(dòng)態(tài)電學(xué)特性帶來了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。因此,能否區(qū)分、進(jìn)而排除測(cè)量中引線形變帶來的干擾信號(hào)變得愈發(fā)重要。
針對(duì)這一關(guān)鍵挑戰(zhàn),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(yīng)變傳感器為例,通過系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì),對(duì)比了柔性器件“在回路”和“不在回路”的動(dòng)態(tài)測(cè)試結(jié)果,首次揭示了引線中復(fù)雜的機(jī)械響應(yīng)特性及其對(duì)電學(xué)測(cè)試結(jié)果的影響,證明了該效應(yīng)會(huì)掩蓋器件本征電學(xué)響應(yīng)特性,進(jìn)而降低器件性能表征的準(zhǔn)確度。進(jìn)一步,研究者們提出了一種針對(duì)柔性器件彎折實(shí)驗(yàn)的新型實(shí)驗(yàn)裝置(已獲得發(fā)明專利授權(quán)),通過特定的機(jī)電設(shè)計(jì)保證柔性器件動(dòng)態(tài)測(cè)試過程中引線能夠以同一種姿態(tài)“懸浮”于待測(cè)器件上方,從而有效地避免了引線隨測(cè)試平臺(tái)彎折所帶來的額外機(jī)械形變(如下圖)。
圖片來源及版權(quán):Applied Physics Reviews及論文作者
基于大量的對(duì)比實(shí)驗(yàn),研究者們證明了這一設(shè)計(jì)可以將由引線機(jī)械應(yīng)變?cè)斐傻碾娮枳兓档蛢蓚€(gè)數(shù)量級(jí),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(duì)金屬引線在彎折實(shí)驗(yàn)中的機(jī)械變化規(guī)律進(jìn)行了建模分析,證明了這一設(shè)計(jì)能夠有效地降低引線和樣品連接處的機(jī)械應(yīng)力變化,從原理上證明了新設(shè)計(jì)在降低金屬引線形變方面的科學(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(yàn)的動(dòng)態(tài)測(cè)試,特別是弱信號(hào)檢測(cè),提供了一個(gè)大幅提升測(cè)試準(zhǔn)確度的有效方案。
圖片來源及版權(quán):Applied Physics Reviews及論文作者
本研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金原創(chuàng)探索項(xiàng)目、聯(lián)合基金重點(diǎn)項(xiàng)目、面上項(xiàng)目、青年基金等項(xiàng)目的支持。
審核編輯:湯梓紅
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原文標(biāo)題:我國(guó)學(xué)者揭示引線在柔性器件動(dòng)態(tài)測(cè)試中的影響
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