Systematic quantitative characterization for the mechanical robustness of flexible thin film devices against repeated bending deformation

柔性薄膜器件针对重复弯曲变形的机械鲁棒性的系统定量表征

基本信息

批准号：
22K03825
负责人：
泉隼人
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Nagoya Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

IoTと呼ばれる新しいインフラが作る社会へ向けて、人や物に寄り添うソフトな電子デバイスの研究開発が活発化している。フレキシブルデバイスは、曲面に貼り付けして大変形にも追従できる特徴を持つが、その実用化と普及には、長期間使用に耐える機械信頼性をどのように評価し保証するかという問題を解決しなければならない。本研究は構造物の信頼性を保証するための機械工学的方法論をフレキシブルデバイスの評価に取り入れ、極限的変形状態に至る間の動作特性を把握し、さらに複数の変形レベルにおける繰返し負荷に対する特性の変化を統合することで、視覚的かつ定量的な動作信頼性保証を可能とする、新しい評価体系の構築を目的とする。研究計画の初年度として、今年度は以下の研究実績を得た。デバイスの極限的変形状態に至る間の動作特性を把握するため、デバイスを完全に二つ折　りできる曲げ疲労試験機の製作に着手し、機械部品と直線往復動作機構を有する動力機を組み合わせ、一軸一方向に曲げ（片曲げ）、かつ繰り返し負荷が可能な疲労試験機を開発した。また曲げ方向に関して、一軸一方向から一軸二方向（両曲げ）への拡張を検討し、磁力とスライダークランク機構の組み合わせにより試験片の曲げ方向を任意に制御した一軸二方向曲げ機構を開発し、これを試験機に実装した。フレキシブルプリント回路基板（ポリイミドフィルム上にメッキで作製された銅配線）を試験片対象に、一軸一方向曲げおよび一軸二方向曲げの予備実験を実施し、曲げ機構の動作確認および疲労試験の実施に問題ないことを確認した。

为了准备一个由称为物联网的新基础设施创造的社会，与人和事物保持一致的软电子设备的研究和开发变得越来越活跃。柔性设备的特征是能够粘附弯曲表面并遵循较大的变形，但是为了将它们置于实际使用和广泛的范围内，必须解决如何评估和确保可以承受长期使用的机械可靠性的可靠性。这项研究旨在结合机械工程方法，以确保结构的可靠性纳入柔性设备的评估中，并建立一个新的评估系统，通过在极端变形条件下了解操作特性并在多重变形水平上相对于重复负载的特征，从而允许视觉和定量可靠性可靠性。作为我们研究计划的第一年，今年我们获得了以下研究结果：为了在达到极端变形状态的同时了解设备的运行特征，我们开始制造弯曲的疲劳测试仪，该弯曲测试仪可以将设备完全折叠，并开发出可以在一个轴和一个方向上弯曲的疲劳测试仪，从而使重复的载荷可以重复弯曲（一个弯曲）。此外，就弯曲方向而言，我们研究了从单轴到两轴（都弯曲）的扩展，并开发了一种单轴弯曲机制，在该机制中，测试件的弯曲方向通过将磁力和滑块机制组合到任意控制，并将其安装在测试器上。进行初步实验，用于单轴单向弯曲和单轴双向弯曲（在柔性印刷电路板上（通过在聚酰亚胺膜上铺板制造的铜线）作为测试样品，并确认在检查弯曲机构的操作和进行疲劳测试时没有问题。