文章导读
近期，浙江大学建筑工程学院付浩然课题组在International Journal of Smart and Nano Materials上发表评述文章“Failure mechanisms in flexible electronics”，介绍了柔性电子器件的失效模式、物理机理以及试验表征方法，详细地综述了近年来柔性电子器件在面对苛刻的工作环境和与其制造技术相关的内在挑战方面的器件可靠性的研究进展，总结了现有研究存在的问题，并指出未来研究的重点和方向。
柔性电子器件的快速发展有望扩大智能设备的应用范围，从而给众多领域带来革命性的变化。然而，尽管具有巨大的潜力，这些新兴器件的可靠性目前仍不尽如人意，复杂的制造工艺和多变的环境因素会在设备的整个生命周期中产生独特的失效模式。要大幅提高这些设备的可靠性并确保其长期性能，最重要的是要彻底了解其基本失效机制，从而找到最佳的设计解决方案。
引用：
Zhao, Z., Fu, H., Tang, R., Zhang, B., Chen, Y., & Jiang, J. (2023). Failure mechanisms in flexible electronics. International Journal of Smart and Nano Materials, 14(4), 510–565. https://doi.org/10.1080/19475411.2023.2261775
文章内容
综述要点：
1.深入探讨了多阶段的复杂制造工艺和多变的工作环境对柔性电子器件稳定性的负面影响。研究表明：制造过程中的不利因素会导致器件缺陷和潜在失效风险，在许多情况下，器件实现源于制造过程中积累的微小缺陷，而这些缺陷在运行过程中又会因环境因素和外部负载而加剧。
2.全面研究了四种典型的柔性电子器件失效模式——强度、界面、疲劳和电失效。强度失效部分详细介绍了柔性基底上的脆性薄膜在变形过程中裂纹的形成/演变过程，以及多层结构中吸湿性能不匹配导致的独特失效机理。界面失效部分概述了界面滑移和剥离的失效机制，并强调了测量界面附着力或界面韧性以了解器件界面粘合行为的必要性。疲劳失效部分介绍了影响柔性器件短期（柔性基底上金属薄膜的电阻）和长期（裂纹演变和聚合物降解）耐用性的疲劳机理，同时考虑了影响失效的微观和宏观因素。最后，电气失效部分讨论了三种常见的失效类型——电迁移、电热耦合、电化学失效。
3.回顾了针对不同种类失效模式用以表征器件失效特征的先进试验方法，表征试验方法基于器件失效时的力学破坏形式观测，或器件失效前后的电气性能劣化测试，来对器件性能进行检验，给出精确的器件失效阈值的判定。
最后，综述文章对柔性电子器件失效机理的研究进行了展望，包括探索器件变形、缺陷和电气性能变化之间的多场耦合规律，开发多场耦合表征设备和方法，发展新型封装技术和转印方法等。
图1. 柔性电子器件的失效机理概述——失效模式、表征方法、制造工艺和工作环境
图2. 柔性电子器件的工作环境及其影响因素
浙江大学建筑工程学院特聘研究员付浩然为本文的通讯作者。浙江大学建筑工程学院博士生赵哲辉为本文的第一作者。该研究成果得到了国家自然科学基金项目、浙江省自然科学基金等项目的资助。
课题组简介
付浩然，浙江大学建筑工程学院研究员，博导。2010年和2015年于浙江大学先后获得学士和博士学位，2015~2018年于清华大学开展博士后研究，主要研究方向为柔性电子器件及可重构电子器件力学、超重力环境传感技术。主持国家自然科学基金面上项目、基础科学中心课题、国家重点研发计划课题等。在Nature Materials、 J. Mech. Phys. Solids等期刊发表论文30余篇，他引6000余次。
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期刊介绍
International Journal of Smart and Nano Materials
名誉主编：
杜善义 院士，哈尔滨工业大学
Ken P. Chong 教授，华盛顿大学
主编：
冷劲松 院士，哈尔滨工业大学
International Journal of Smart and Nano Materials是哈尔滨工业大学和Taylor & Francis集团合作出版的开放获英文期刊，拥有由知名学者组成的国际化编委团队。IJSNM 被Science Citation Index数据库收录，2022年影响因子为3.9。
IJSNM主要发表国内外智能材料、智能结构力学与设计、多功能纳米材料等领域的最新研究成果和前沿进展，涵盖智能材料与结构、多功能纳米复合材料、4D打印技术、仿生结构、柔性机器人、传感器、结构健康监测等领域，主要刊登具有创新性的综述论文（Review Articles）、研究论文（Research Articles）和短篇报道（Short Communications）等。
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引用数据：
Web of Science (SCIE). EI、Scopus、Inspec等20多个数据库收录
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