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摘要
近年来，柔性电子技术突破了传统电子产品无法变形的局限，以其独特的柔性在电子、能源、医疗、信息、国防等多个领域具有广泛的应用。作为柔性电子器件基本的结构单元，金属薄膜/柔性基体体系在服役过程中难免会受到拉、压、弯和扭等变形的作用。面对严苛的服役条件，金属薄膜/柔性基体体系如何保持其结构的稳定性对材料制备、界面设计、结构设计均提出了更高的挑战。作为最常使用的基体材料，聚二甲基硅氧烷(PDMS)的弹性模量较低，变形过程中对金属薄膜的约束作用较弱，且膜基界面结合强度也较低，导致PDMS基体上金属薄膜的延展性较差，甚至在沉积态金属薄膜即发生断裂，这一直以来都是制约柔性电子器件发展的关键问题。近年来研究人员针对PDMS基体上金属薄膜的变形和断裂行为开展了较为系统的研究，试图从薄膜优化制备、增强膜基界面结合、薄膜/基体结构设计等方面提高其延展性。在金属薄膜优化制备方面，通过调控制备工艺以改善薄膜应力状态，压缩应力有助于提高体系的延展性;在膜基界面改性方面，通过紫外-臭氧处理、氧等离子体处理、添加界面结合层以改善金属薄膜与PDMS基体之间的界面结合性能，提高体系延展性。然而，仅通过改变制备工艺和界面特性来提高体系延展性的调控空间非常有限。鉴于此，研究人员通过薄膜/基体结构设计、引入褶皱/屈曲结构的方法，大幅提高了体系的延展性，为柔性电子器件的工程化应用提供了可能。此外，断裂是薄膜最常见的失效形式之一，显著影响金属薄膜/柔性基体的延展性，研究人员通常通过上述手段避免薄膜发生断裂，而如果可以合理控制金属薄膜的断裂行为并加以利用，则可实现其正面贡献。近来，通过对PDMS基体上金属薄膜断裂行为的有效调控，证实了含裂纹结构的金属薄膜在柔性应变传感领域的应用潜力。本文归纳了PDMS基体上金属薄膜变形与断裂行为的研究进展，分别对薄膜优化制备、PDMS基体表面改性、界面过渡层设计以及薄膜褶皱/屈曲结构设计等提高体系延展性的方法进行介绍，总结了目前仍面临的问题并展望了其发展前景，为高性能柔性电子器件的优化制备与结构设计提供理论参考和应用指导。
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单位金属材料强度国家重点实验室; 西安交通大学
