单相延展性

可拉伸电子器件在过去十多年中被广泛应用于健康监测、康复医疗、智能工业及航空航天等领域。无机可拉伸电子器件的关键技术创新在于通过力学结构设计实现弹性拉伸性，对任意复杂曲面实现共形贴附/包裹，并且能维持稳定的电学性能。例如，“岛-桥”结构是可拉伸电子器件中最常见的一种结构。其中，功能性元器件置于不可变形的“岛”上，互联导线形成“桥”并提供整体结构的弹性延展性。实现可拉伸电子器件弹性延展性的策略是至关重要的，并引起了大量的关注。 尽管先前有很多研究集中在可拉伸结构的设计上，但目前主要只有两种策略被用于实现或提高结构的弹性延展性（如图1所示）：（1）预应变策略。波浪形条带是一种典型的例子，平面的条带被转印/粘接在预拉伸的弹性基底上，释放预应变后，由于压应力的存在使得条带产生面外屈曲变形，形成具有拉伸性的波浪形结构。此外，更加复杂的三维可拉伸微结构也可以通过二维平面前驱体粘接在预应变的基底上制备而成。（2）几何结构设计策略。各种具有弹性可拉伸的几何互联被设计出来，如：“之”字型、马蹄型、蛇型、分型、非屈曲蛇型、螺旋型以及剪纸结构等，这些几何结构在弹性延展性和各种应用场景中表现出不同的特点。有时这两种类型的策略也可以相互结合以增强结构的弹性延展性，如：预应变基底显著增加了蛇形互联结构的弹性延展性。 图1. 可拉伸结构在过去几十年的发展过程 近日，中国科学院力学研究所苏业旺团队创新性地提出第三种提高可拉伸电子器件弹性延展性的新策略——过加载策略（如图2）。互联结构转印、粘接在弹性聚合物基底上后，对整体结构进行过弹性极限拉伸，释放拉伸应变后，互联结构的弹性延展性可以提高到原来的两倍，这对可拉伸电子器件的性能至关重要。理论、有限元及实验结果均证明过加载策略对不同几何构型、不同厚度的互联结构是有效的（如图3、4、5）。其基本机理在于：过加载过程中弹塑性本构关系的演变使得互联结构关键部位的弹性范围扩大一倍。过加载策略易于操作，并可与其他两种策略相结合以提高结构弹性延展性。这对无机可拉伸电子器件的设计、制造及应用具有深远的意义。 图2. 过加载策略的操作过程以及各过程中蛇形互联结构的应变分布图3. 基于独立金属厚蛇形互联（MTSI）的过拉策略力学分析。（a）MTSI的本构关系：理想弹塑性；（b）MTSI的力学模型；（c）过加载操作过程示意图以及各过程中蛇形互联圆弧顶截面处应力分布。（d）MTSI的增强弹性延展性随第一次施加应变/过加载应变的变化，包括理论、有限元和实验结果图4. 基于独立MTSI的过加载策略的实验验证。（a）独立MTSI初始状态的图像以及拉伸150%时的正面和侧面视图；（b）狗骨头形铜片的单向拉伸应力-应变曲线；（c-k）在第一次施加拉伸、卸载和第二次施加拉伸过程中，力与施加应变的关系曲线，第一次施加应变分别为：30%、50%、60%、75%、90%、110%、120%、130%、150%图5. MTSI粘结在软基底上的力学分析。（a-c）粘接在软基底上的厚马蹄形、之字形、分形互联的增强弹性延展性与第一次施加应变/过加载应变的关系；（d）粘接在软基底上蛇形互联结构的弹性延展性随其厚的变化关系；（e-g）三种不同厚度蛇形互连增强弹性延展性与第一次施加应变/过加载应变关系的有限元分析结果该研究成果以“An Overstretch Strategy to Double the Designed Elastic Stretchability of Stretchable Electronics”为题发表于学术期刊《Advanced Materials》（DOI: 10.1002/adma.202300340）。论文的第一作者为中国科学院力学所博士生李居曜，通讯作者为中国科学院力学所苏业旺研究员，参加该工作的还有中国科学院力学所的武晓雷研究员。该工作得到了国家自然科学基金委、中国科学院从0到1原始创新计划、中国科学院交叉学科创新团队和国家WR计划青年项目的支持。 原文链接：An Overstretch Strategy to Double the Designed Elastic Stretchability of Stretchable Electronics (wiley.com)

软膏剂(Ointments)是系指药物与适宜基质均匀混合制成，具有一定稠度的半固体外用制剂。软膏具有一定粘稠度，而且可以根据药物与基质的混合程度不同分为溶液型和混悬型软膏。药物在基质中的分散状态存在差异，溶液型软膏的药物颗粒非常小，可共熔或溶解于基质中；而混悬型的软膏，其药物颗粒大小高于溶液型，通常为细粉状，可以均匀分散混合在基质中。乳膏制剂就是将药物混合分散在乳状液型的基质中，最后形成了均匀混合而成的半固体制剂。乳膏剂可以根据所使用的乳化剂的不同，分类为油包水型乳膏与水包油型乳膏两种。常用的油包水型乳膏有羊毛脂和脂肪醇，水包油型乳膏有钠皂和脂肪醇硫酸钠类等。这类药物的配方属于水油乳化、固液分散的多相体系，从药物配方来看，配方本身的稳定性存在很大差异，这就为数字化表征带来了挑战。从力的微观角度，表征药物制剂的原料质量、配方稳定性、制剂涂抹特性、延展性等以及质量的一致性评价，对药物制剂的设计，处方组成，制备工艺等具有重要意义。盈盛恒泰ENS系列国产质构仪可用于软膏乳膏等的延展性测试。盈盛恒泰ENS系列国产质构仪优势特点高精度：能够精确测量，提供准确的测试数据。自动化：采用软件自动化控制测试流程，减少人为误差，提高测试效率。可靠性：经过严格的质量控制和测试验证，符合相关标准，确保仪器的可靠性和稳定性。数据分析：能够对测试数据进行分析和记录，为质量控制和产品改进提供依据。

美国马萨诸塞大学阿默斯特分校和佐治亚理工大学科学家在最新一期《自然》杂志在线版发表论文称，他们采用3D打印方法，制作出一种双相纳米结构高熵合金（HEA），其强度和延展性优于现有其他先进的3D打印材料，有望催生可用于航空航天、医学、能源和运输等领域的高性能部件。通过先进3D打印制造的高熵合金在多个尺度上具有层次结构，表现出更高强度和良好的延展性。图片来源：佐治亚理工学院官网过去15年，HEA越来越受欢迎。HEA是由5种或5种以上等量或大约等量的金属制成的合金，具有许多理想的性质，因此在材料科学及工程领域备受重视。3D打印技术目前已用于材料开发领域，基于激光的3D打印可以产生大的温度梯度和高冷却速率，而传统方法很难做到这一点。此次，研究人员将HEA与先进的3D打印技术——激光粉末床熔融结合，开发出具有前所未有性能的新材料。由于该工艺使材料熔化和凝固速度非常快，所得到材料的微观结构与传统方法制造出的材料大相径庭。新材料的微观结构看起来像一种网状结构，由名为面心立方（FCC）和体心立方（BCC）的纳米层状结构交替组成，这些层被嵌入微尺度共晶团中，分级纳米结构HEA使两相能够协同变形。研究人员表示，这种不寻常微观结构的原子重排使其拥有超高强度和更高的延展性，与传统金属铸件相比，新材料的强度提升了3倍，延展性不减反增。使HEA拥有更强韧性和更好延展性有助于研制出机械效率高且节能的轻质结构。研究团队还开发出了双相晶体塑性计算模型，以了解FCC和BCC纳米片层所起的作用，以及它们如何协同工作以增加材料的强度和延展性。结果显示，BCC纳米片层具有极坚固的特性，这对于实现合金卓越的强度—延展性协同作用至关重要。未来，科学家们有望利用3D打印技术和HEA研制出可广泛应用于生物医学、航空航天等领域的高性能部件。