柔性电子器件点阵结构的力学与热学分析

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微纳米柔性电子装置的出现和发展成为近年来的一个得到广泛研究的新兴课题。本文主要研究了纳米级可延展电子器件的力学行为,如后屈曲行为和转印过程中的断裂行为,以及柔性电子显示器结构的传热特性等问题,建立了能够反映实际应用问题的理论和有限元模型,并为实际应用提供理论基础,如下是研究的主要内容和主要结论。  通过能量方法研究了点阵柔性电子装置岛桥结构中的桥结构纳米线的后屈曲问题以及纳米薄膜基体连接情况下的褶皱问题。许多学者通过大量的研究得到了微米量级下桥结构的后屈曲行为和微米薄膜-基体系统的褶皱形貌、幅值以及临界应变。随着新兴纳米材料和纳米制备技术的不断发展,纳米线、纳米薄膜等纳米装置在新型电子装置中得到广泛使用,本文通过考虑表面效应理论(考虑表面弹性和表面残余应力)建立了理论模型并计算纳米结构的后屈曲和褶皱等力学行为。研究发现,随着纳米线和纳米薄膜厚度的减小,其后屈曲行为与传统理论计算的结果是不同的。因此,在实际应用中需要考虑结构尺寸的影响,当电子装置的结构尺寸达到了纳米量级,尺度效应的影响是不可忽略的。  多场耦合是电子装置在使用过程中需要考虑的一个重要问题,其中压电材料在电子工业的应用非常广泛。压电纳米线和压电薄膜等可以将施加的电场载荷转化为力学行为。本文采用能量法建立了理论模型来预测压电纳米线和压电纳米薄膜-基体系统在电场作用下的后屈曲行为和褶皱行为。这个模型除了考虑了表面弹性和表面残余应力外还考虑了压电纳米材料表面层的表面压电参数。经过计算表面参数对于纳米厚度的薄膜和纳米线的力电行为有着重要的影响,因此在纳米尺度下必须考虑。  Microscale Inorganic Light Emitting Diodes(μ-ILED)系统结构是新型微尺度LED结构,它在生物,医学,光学等领域都有着重要的应用,但是散热问题成为制约它发展的重要问题。因此本文建立了μ-ILED系统结构的理论模型和有限元模型,并且与实验结果较好的符合,并通过模型对μ-ILED结构中不同参数如μ-ILED的大小、基体厚度、基体材料、点阵结构中的μ-ILED间距、脉冲加载方式等影响进行了研究。进一步,针对固定的μ-ILED系统结构的理论模型进行简化,得到了更加实用的简化理论模型。研究结果为柔性显示器中μ-ILED系统的散热设计起到了一定的指导作用。  激光驱动非接触转印技术是柔性电子装置转印方法中的一个新兴的有效方法,它具有很多优点。但是在实际应用中,在激光的功率加载过程中,会出现烧坏转印装置的现象。因此,本文建立了转印过程的断裂剥离模型,通过对模型的研究得到了激光加载功率与界面剥离时间之间的关系,而且该模型能够预测不同加载功率在不同时间情况下系统的温度分布,这为实际应用提供一定的指导作用。
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