吴伟课题组与武汉大学人民医院合作综述柔性力学电子器件表界面工程

近日，未来技术学院吴伟教授团队与武汉大学人民医院合作，在国际知名期刊Advanced Science上发表题为Surface and Interfacial Engineering toward Durable Mechanically Coupled Flexible Electronics的长篇综述。博士研究生王倩为论文第一作者，吴伟教授与人民医院代芳芳博士为共同通讯作者，武汉纺织大学未来技术学院为通讯单位。该论文围绕柔性力学电子器件长期稳定工作中的表面与界面问题，系统梳理了相关理论基础、关键挑战、调控策略及典型应用，并对该领域未来发展方向进行了展望。

柔性力学电子器件可用于感知压力、应变、剪切、振动等力学信号，在医疗健康监测、人机交互、智能机器人和工程装备监测等领域具有重要应用前景。然而，器件在反复形变和复杂环境中工作时，表面接触和内部界面的稳定性往往直接影响信号准确性与服役寿命。论文从表面与界面物理出发，梳理了接触、黏附与润湿理论，以及异质界面黏附、应力传递、滑移、断裂和脱粘等物理模型。在此基础上，进一步归纳了柔性力学电子器件面临的主要表界面问题：表面层面主要涉及与被测对象的稳定黏附、自清洁与抗污染以及环境老化；内部界面层面则主要面临层间黏附不足、材料力学失配与应力集中、裂纹与疲劳损伤，以及界面电子传输不稳定等问题。

针对上述问题，论文从四个方面系统总结了表界面工程策略。材料驱动策略涵盖本征功能材料、自修复材料、复合功能材料及新型柔性基底，其中水凝胶、液态金属和低表面能聚合物等可利用自身的黏附、自修复、柔韧性及环境稳定性改善器件表界面性能，纸张、织物等多孔基底则可增强功能材料的锚定与层间稳定。化学驱动策略主要包括表面化学接枝与吸附、表面和界面分子自组装，以及界面化学交联与接枝，通过调节表面能和化学活性、构建稳定化学键合，提高不同材料之间的结合强度并抑制界面分层。物理加工与制造策略则涵盖激光等能束加工、物理气相沉积、等离子体和紫外臭氧处理、微纳结构模板加工以及印刷与涂层等技术，通过调控表面形貌、薄膜形成及层间结合状态实现表界面性能增强。在此基础上，论文进一步总结了多尺度表界面构筑策略，包括仿生表面与机械互锁、界面黏附层、力学缓冲层与梯度过渡、界面渗流与互穿网络以及界面同质化设计等，通过对接触、黏附、应力传递和电学连续性的协同调控，提高柔性力学电子器件的长期可靠性。

柔性力学电子器件从实验室研究走向实际应用，仍需进一步解决表界面性能测试与评价标准不统一、规模化制造和工艺重复性不足、复杂环境下长期可靠性验证不足等问题，并建立表界面参数、器件性能与实际应用效果之间更加明确的定量关联，从而推动柔性力学电子器件向高可靠、可制造和长期稳定应用发展。该工作受到国家自然科学基金、国家重点研发计划、湖北省自然科学基金体育创新发展联合基金重点项目等支持。

原文链接：https://doi.org/10.1002/advs.76797