近日，電子科技大學王曾暉、夏娟、徐博和上海交通大學楊睿（均為共同通訊作者）等合作報道了一種針對柔性器件動態測試的新型實驗裝置，首次揭示了引線在動態彎折實驗中對柔性器件電學特性測量帶來的不可忽略的影響，并提出了一種新的實驗裝置，能夠在動態彎折實驗中有效地、穩定地排除此類干擾，從而大幅提高了測量的準確度。論文以“Identifying, quantifying, and mitigating extraneous contact effect in dynamic characterization of flexible devices”為題，發表于Applied Physics Reviews期刊。
在柔性器件的彎曲測試中，常用實驗手段是一種“半靜態”測試方式：將待測器件彎折至特定曲率，再測量器件的電學響應特性。這種方式可實現待測器件的原位、大曲率條件的測量表征，但是難以滿足對柔性器件在連續可調曲率變化下，對器件電學特性的動態、瞬時變化進行精密測量和監測的需求。而動態測試往往是用柔性引線將樣品連接到測量儀器，從而連續測量樣品在形變過程中的電學性能變化。然而，引線在實驗過程中引線自身的形變及其帶來的測量誤差，一直以來都被有意無意地忽略了。主要原因之一，是該效應很難與樣品自身形變帶來的信號變化區分開來，從而難以量化。但是當柔性器件不斷微型化，甚至達到納米尺度時，在動態測試過程中其自身的電阻變化與測量引線的電阻變化在數量級上逐步接近，對測量樣品真實的動態電學特性帶來了嚴峻的挑戰。因此，能否區分、進而排除測量中引線形變帶來的干擾信號變得愈發重要。
針對這一關鍵挑戰，電子科技大學和上海交通大學的研究者們以石墨烯柔性應變傳感器為例，通過系統的實驗設計，對比了柔性器件“在回路”和“不在回路”的動態測試結果，首次揭示了引線中復雜的機械響應特性及其對電學測試結果的影響，證明了該效應會掩蓋器件本征電學響應特性，進而降低器件性能表征的準確度。進一步，研究者們提出了一種針對柔性器件彎折實驗的新型實驗裝置（已獲得發明專利授權），通過特定的機電設計保證柔性器件動態測試過程中引線能夠以同一種姿態“懸浮”于待測器件上方，從而有效地避免了引線隨測試平臺彎折所帶來的額外機械形變（如下圖）。
圖片來源及版權：Applied Physics Reviews及論文作者
基于大量的對比實驗，研究者們證明了這一設計可以將由引線機械應變造成的電阻變化降低兩個數量級，并且在樣品不同的彎曲幅度、速率下均具能夠很好地工作。同時，研究者們利用有限元仿真軟件對金屬引線在彎折實驗中的機械變化規律進行了建模分析，證明了這一設計能夠有效地降低引線和樣品連接處的機械應力變化，從原理上證明了新設計在降低金屬引線形變方面的科學性（如下圖）。這一研究成果為柔性器件動態彎折實驗的動態測試，特別是弱信號檢測，提供了一個大幅提升測試準確度的有效方案。
圖片來源及版權：Applied Physics Reviews及論文作者
本研究得到了國家自然科學基金原創探索項目、聯合基金重點項目、面上項目、青年基金等項目的支持。
論文鏈接：
https://doi.org/10.1063/5.0160238
