磁场力及膜曲率对磁敏感薄膜-基底界面黏附性能的影响与调控

界面黏附和脱黏的可调控在攀爬装置、黏附开关、机械抓手等方面具有重要的应用需求.针对磁敏感薄膜-基底界面,开展了薄膜初始曲率及外加磁场对界面黏附性能影响机制的研究.首先实验制备了具有初始曲率的磁敏感薄膜,分别开展了具有初始曲率的磁敏感薄膜-基底界面撕脱实验及理论研究,研究了薄膜初始曲率、弯曲刚度和外加磁场强度对界面黏附性能的影响规律.实验和理论结果一致表明:具有初始曲率的磁敏感薄膜-基底界面黏附力随薄膜初始曲率的增大而减小,而外加磁场能够有效提高界面黏附力;相比于初始零曲率薄膜-基底界面稳态撕脱力与薄膜弯曲刚度无关,薄膜弯曲刚度减弱了具有初始曲率薄膜-基底界面的稳态撕脱力.进一步从能量角度分析了界面等效黏附性能,揭示了薄膜弯曲能、磁场势能、界面黏附能的相互竞争机制.最后,基于本文的实验及理论结果,提出了一种磁场和薄膜初始曲率协同调控的简易机械抓手,可连续实现物体的拾取、搬运和释放功能.本文结果不仅有助于理解多场调控的界面可逆黏附机制,对界面黏附可控的功能器件设计亦提供了一种新方法.

可穿戴柔性电子的快速制备与医疗应用

为更好实现可穿戴柔性电子的初期设计和试验验证,提出了一种基于“切割和粘贴”的柔性电子快速制备方法。首先,通过对比光刻工艺与喷墨打印工艺,提出了一种基于激光切割的微纳图案化工艺;接着,利用调节聚二甲基硅氧烷(PDMS)基体的黏附力来控制能量释放率,将带图案的薄膜结构转印到弹性基底;然后,为保证金属电极与柔性基体间紧密贴合,采用PDMS对整体结构进行了封装;最后,搭建了多通道生理信号采集系统,对所加工柔性电极进行电生理测试与医疗探索。实验结果表明:与传统柔性电子加工工艺相比,文章提出的工艺效率较高,成本较低,可在10min内完成整套工艺,同时制备的电子传感器件可以与皮肤保形接触且输出稳定信号,可为柔性电子的初期设计及后续产业化应用打下基础。