薄膜褶皺
關注創建者：yunduan082 創建時間：2022-06-26
薄膜褶皺的視頻教程
Abaqus-薄膜褶皺模擬
本課程對薄膜褶皺分析原理流程進行詳細講解，并通過拉伸褶皺，剪切褶皺，扭轉褶皺3個案例詳細操作，講解每一步設置原因及意義。希望對研究薄膜力學行為研究的同學有所幫助。謝謝
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薄膜褶皺的實例教程
PDMS納米褶皺薄膜應用于能量收集
此外，基于納米褶皺PDMS薄膜，研究人員制備了柔性觸覺傳感器，其基本結構包括PDMS基底、柔性電極和納米褶皺功能層。得益于納米褶皺結構，傳感器在低壓力下展示出良好的輸出性能，與平面PDMS薄膜器件相比，基于納米褶皺PDMS薄膜的器件的靈敏度提升了64%，并表現出較快的響應速度。最后，由于PDMS的天然粘附性，觸覺傳感器陣列可以自發粘附在人體皮膚上，并通過輸出電壓矩陣來識別手指移動路徑（T、E、N和G），將傳感器貼于手指關節上，可以監測手指的彎曲狀態。該傳感器在表皮電子學和人機界面中表現出潛在應用價值（圖4）。
圖4. PDMS納米褶皺薄膜應用于自驅動傳感
綜上所述，研究人員通過將水蒸發引起的分子間作用力引入PDMS聚合反應，提出了一種低成本、大面積納米褶皺PDMS薄膜的構建策略，并且，該褶皺結構在生物機械能收集以及自驅動觸覺傳感中表現出優異性能。該研究有效解決了傳統褶皺制備方法的缺陷，同時為聚合物表面納米尺度圖案設計提供了新思路。
展開 在高溫加熱條件下（200℃），單層h-BN薄膜包覆銅箔的氧化主要發生在薄膜晶界和缺陷處，而多層h-BN的氧化主要集中在薄膜的褶皺區；相比于單層h-BN薄膜，多層h-BN薄膜能夠有效阻礙氧氣的橫向擴散，顯著提高了基底銅的抗氧化性能（圖2）。相關結果發表在ACS Applied Materials & Interfaces（2017, 9, 27152-27165）上。
圖2 單層和多層六方氮化硼包覆銅箔的界面損傷機制
以上研究工作得到中科院前沿科學重點研究項目（QYZDY-SSW-JSC009）、國家自然科學基金（41506098）、青島海洋科學與技術國家實驗室開放基金（QNLM2016ORP0409）等的資助。（來源：寧波材料所）
展開 近日，蘇州大學功能納米與軟物質研究院（FUNSOM）孫旭輝教授研究團隊提出了一種基于褶皺結構PEDOT:PSS薄膜電極的可拉伸摩擦納米發電機（WP-TENG）。該WP-TENG利用彈性PDMS作為器件的摩擦起電材料，用褶皺狀的PEDOT:PSS薄膜作為感應起電電極材料，由此制得的透明可拉伸納米發電機同時具備生物機械能收集、觸覺傳感和人體運動監測等功能。
圖a為器件的制備過程圖，圖b為褶皺狀PEDOT:PSS導電膜，圖c為不同厚度導電膜光透過率，圖d為該導電膜在不同拉伸條件下方阻
該WP-TENG通過預拉伸彈性PDMS膜作為摩擦層，再旋涂導電高分子PEDOT:PSS薄膜作為電極層，釋放拉伸后形成褶皺狀可拉伸器件。該褶皺狀電極的透明度可根據刮涂的層數不同而發生改變，最佳透光率可達到90%。經測試，拉伸應變從0變化到100%的過程中，褶皺狀電極的方阻可從1.40增大到4.63 kΩ·sq-1，而同等拉伸情況下無褶皺的薄膜會增大到22.9 kΩ·sq-1，因此，該褶皺設計增強了薄膜在拉伸過程中的導電性和穩定性。
圖a為WP-TENG的器件實物圖，圖b為WP-TENG的發電機理圖，圖c為WP-TENG的電輸出圖，圖d為WP-TENG使用時的電路示意圖，圖e為WP-TENG在手拍的運動條件下的充放電曲線圖，圖f為WP-TENG將電能存儲于電容器后驅動電子手表的照片。
作為生物機械能收集裝置，WP-TENG可以將機械能轉化為電能。在單電極的工作模式下，該透明可拉伸WP-TENG可以輸出180.1 V的開路電壓，75.3 nC的轉移電荷量，22.6 μA的最大短路電流。因此，基于其優異的電輸出，該研究團隊將此器件用于收集人體運動（如手的拍擊、人體行走等）所產生的機械能。
展開 L-GO薄膜具有較好的EMI屏蔽性能，其k值為1390 W/mk，比rS-GO薄膜高35% 。Peng等人制備了無碎片rGO (DfrGO)薄膜具有極高的k為1950 W/mk以及優異的柔韌性。如圖10(f- 1)所示，LGO形成的微褶皺使薄膜具有更高的伸長率，并且具有較好的小半徑扭轉容忍度。
圖10.(a, b)離心采集的L-GO和S-GO的SEM圖像，(c) L-GO和rL-GO膠片的數碼照片，(d和e) rL-GO和rS-GO薄膜的熱屏蔽性能和EMI屏蔽性能，(f)說明無碎片氧化石墨烯薄片形成微褶皺，(g-h) DfrGO薄膜的橫截面和表面形貌。(j)柔性優異的DfrGO薄膜的光學圖像。(k, l) DfrGO薄膜的散熱性能和導熱系數。
2.3 界面效應
當石墨烯片與襯底接觸時，界面聲子散射和耦合也是石墨烯膜平行或垂直方向熱輸運的關鍵問題。當石墨烯層數從1層增加到4層時，界面耦合導致石墨烯納米片的κ顯著降低67%。實驗結果也支持這一觀點。懸浮石墨烯片的κ為5300 W/mk，但由于石墨烯和硅晶格之間強烈的界面聲子散射，附著在硅片上的剝離石墨烯片的κ顯著降低至~600 W/mk。根據進一步的MD刺激結果，由于面外聲學(ZA)的阻尼，k表現出一個數量級的降低。除了石墨烯片或襯底之間的聲子散射外，薄膜內石墨烯層之間的眾多界面引起的聲子散射也是石墨烯片組裝成凝聚膜期間熱阻的主要來源。例如，Renteria等人發現石墨烯層分離在還原氧化石墨烯薄膜內部形成“氣穴”，由于界面聲子散射，會大大降低交叉平面k。到目前為止，有兩種策略可以提高石墨烯薄膜的密度或致密性。一方面，探討了各種附加力的裝配方法來控制或增強氧化石墨烯薄膜的取向。
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如圖10(f- 1)所示，LGO形成的微褶皺使薄膜具有更高的伸長率，并且具有較好的小半徑扭轉容忍度。
圖10.(a, b)離心采集的L-GO和S-GO的SEM圖像，(c) L-GO和rL-GO膠片的數碼照片，(d和e) rL-GO和rS-GO薄膜的熱屏蔽性能和EMI屏蔽性能，(f)說明無碎片氧化石墨烯薄片形成微褶皺，(g-h) DfrGO薄膜的橫截面和表面形貌。
PDMS納米褶皺薄膜應用于能量收集
此外，基于納米褶皺PDMS薄膜，研究人員制備了柔性觸覺傳感器，其基本結構包括PDMS基底、柔性電極和納米褶皺功能層。得益于納米褶皺結構，傳感器在低壓力下展示出良好的輸出性能，與平面PDMS薄膜器件相比，基于納米褶皺PDMS薄膜的器件的靈敏度提升了64%，并表現出較快的響應速度。
在高溫加熱條件下（200℃），單層h-BN薄膜包覆銅箔的氧化主要發生在薄膜晶界和缺陷處，而多層h-BN的氧化主要集中在薄膜的褶皺區；相比于單層h-BN薄膜，多層h-BN薄膜能夠有效阻礙氧氣的橫向擴散，顯著提高了基底銅的抗氧化性能（圖2）。相關結果發表在ACS Applied Materials & Interfaces（2017, 9, 27152-27165）上。
經測試，拉伸應變從0變化到100%的過程中，褶皺狀電極的方阻可從1.40增大到4.63 kΩ·sq-1，而同等拉伸情況下無褶皺的薄膜會增大到22.9 kΩ·sq-1，因此，該褶皺設計增強了薄膜在拉伸過程中的導電性和穩定性。
