Chất kết dính trong suốt quang học (OCA) là vật liệu cốt lõi của các thiết bị điện tử linh hoạt và nghiên cứu hành vi cơ học của chúng trong môi trường căng thẳng, nhiệt độ và độ ẩm lớn là rất quan trọng đối với thiết kế đáng tin cậy của màn hình có thể gập lại. Các nghiên cứu hiện tại chủ yếu giới hạn ở các biến dạng nhỏ (<100%) và điều kiện môi trường thông thường, OCA có thể chịu được môi trường nhiệt độ và biến dạng lớn lên đến 1000% trong các ứng dụng thực tế, và các mô hình nhớt tuyến tính truyền thống khó mô tả các phản ứng cơ học phức tạp của OCA. Vì vậy,Đội ngũ Phó Giáo sư Yuan Hongyan, Đại học Khoa học và Công nghệ Miền NamCác hành vi cơ học căng thẳng lớn của OCA ở các phạm vi nhiệt độ, mức độ ẩm và tốc độ căng khác nhau đã được nghiên cứu, mô hình cấu trúc nhớt phi tuyến của nó đã được thiết lập.

Bài viết này thực hiện kéo dài trục đơn, cắt đơn giản (căng 1000%) và thử nghiệm leo 10 giờ ở nhiệt độ khác nhau (-40 ° C đến 80 ° C) và tốc độ biến dạng (0,01 - 5 s ⁻ U) trong môi trường độ ẩm 95% RH (Hình 1). Tỷ lệ Poisson μ≈0,46 của OCA được đo bằng công nghệ liên quan đến hình ảnh kỹ thuật số (DIC), các đặc tính gần như không thể nén của vật liệu đã được xác minh (Hình 5).

Hình 1 Sơ đồ tải cho các bài kiểm tra cơ học (kéo, cắt, leo, uốn)

Các thí nghiệm cho thấy mô đun OCA phụ thuộc đáng kể vào nhiệt độ: giảm 84% từ -40 ° C đến 25 ° C, giảm 41% từ 25 ° C đến 80 ° C, giảm 262,3 kPa ở nhiệt độ thấp (-40 ° C) và giảm mạnh xuống 20 kPa ở nhiệt độ cao (Hình 2). Trong thử nghiệm leo, sự thất bại nhanh chóng xảy ra với vật liệu OCA do xói mòn hơi nước gây ra bởi môi trường nhiệt độ cao và độ ẩm cao (80 ° C, 95% RH) và độ căng đứt của nó gần 1500% (Hình 3). Nhưng sự thay đổi độ ẩm ở nhiệt độ bình thường ảnh hưởng yếu đến mô đun. Hiệu ứng tốc độ căng thẳng được thể hiện bằng sự gia tăng 2 lần giá trị ứng suất ở 5 s ⁻⁻so với 0,01 s ⁻⁻⁻và phản ứng nhớt OCA bị suy yếu đáng kể ở nhiệt độ cao.

Hình 2 (a) Kiểm tra độ bền kéo ở các tốc độ biến dạng khác nhau ở 25 ℃, (b) 25 ℃, (c) 65 ℃ và (d) 80 ℃

Hình 3 (a) Kết quả cắt đơn giản ở các nhiệt độ khác nhau, (b) Kết quả kéo ở nhiệt độ thấp và (c) Thử nghiệm leo ở áp suất 50 kPa ở các nhiệt độ khác nhau

Bài viết này sử dụng mô hình Yeoh Superelastic bậc ba để mô tả phản ứng đàn hồi phi tuyến của vật liệu, kết hợp với mô hình Maxwell tổng quát (chuỗi Prony) để mô tả độ nhớt của nó, phá vỡ các giới hạn của giả thuyết nhớt tuyến tính truyền thống. Trong quá trình xác định tham số, mô hình Yeoh và các tham số mô hình chuỗi Prony được xác định độc lập trên mỗi điểm nhiệt độ một cách sáng tạo, tránh các vấn đề thất bại của lý thuyết tương đương thời gian-nhiệt độ truyền thống (phương trình WLF) dưới sự căng thẳng lớn, cải thiện đáng kể độ chính xác của mô hình. Tính hợp lý của mô hình và các thông số của cấu trúc này đã được xác minh thông qua mô phỏng uốn ba điểm, kết quả mô phỏng cho thấy thí nghiệm phù hợp với đường cong dịch chuyển lực của mô phỏng, hiện tượng trì trệ nhớt và giãn căng thẳng đã được tái hiện thành công.

Hình 4 Sơ đồ tải cong ba điểm FEM và sơ đồ đám mây căng thẳng

Hình 5 (a) Kiểm tra độ uốn ba điểm (tải-dỡ), (b) Kết quả kiểm tra tải-giữ-dỡ so với FEM, (c) 10, (d) 60, (e) 300, (f) 600 giây So sánh kết quả kiểm tra tải-dỡ với FEM (g) Phân phối điểm rải rác DIC và tỷ lệ Poisson

Tóm lại, nghiên cứu này cung cấp một nghiên cứu có hệ thống về hành vi cơ học của OCA trong các thiết bị điện tử linh hoạt ở các điều kiện nhiệt độ, tốc độ căng và độ ẩm khác nhau thông qua các phương pháp thực nghiệm và số. Một cách tiếp cận chung để phân tích các tính chất cơ học của vật liệu mềm như OCA đã được đề xuất, bao gồm kiểm tra vật liệu, hiệu chuẩn các thông số cấu trúc này, xác minh và áp dụng các mô hình và thông số cho các mô phỏng phần tử hữu hạn của các hành vi cơ học phức tạp của các biến dạng lớn. Mô hình này chủ yếu tập trung vào mối quan hệ căng thẳng-căng thẳng của OCA. Trong quá trình căng thẳng lớn, mạng lưới phân tử OCA có thể bị phá vỡ, dẫn đến các hiện tượng như co thắt cổ, mà các mô hình hiện tại không xem xét các cơ chế thiệt hại này.

Large strain mechanical behaviors of optically clear adhesives for flexible electronic devices under different temperature, humidity, and strain rates (ấn bản 2).