金属纳米膜电阻应变系数的厚度效应及石墨烯复合调控机制研究

本综述系统探讨了金属（金）纳米膜厚度对电阻应变系数（SCR）的尺寸效应及其与应变状态的耦合机制，揭示了拉伸应变通过提升费米能级电子态密度（DOS）和抑制电子-声子耦合（e-p coupling）增强导电性的规律，并提出石墨烯复合策略可显著降低小尺度纳米膜的SCR，为柔性电子器件和高集成电路中的应变调控微型电极设计提供重要理论依据。

　　

Highlight

通过制备不同厚度的金（Au）纳米膜作为模型材料，测量了不同应变状态下的电学性能，并探索了应变-尺寸耦合的趋势与机制。研究发现，拉伸应变（包括轴向压缩应变和面内拉伸应变）能够提升薄膜的导电性。这一现象归因于该应变状态有利于增加费米能级处的电子态密度（DOS），并抑制电子-声子耦合（e-p coupling）相互作用，从而导致更高的电导率——该机制稳定且可重复。

Sample fabrication

（1）沉积制备：所有金纳米膜均通过电子束蒸发技术在聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）基底（厚度180?μm）上沉积制成。电子束蒸发过程在真空压力为7×10^–4 Pa 的Denton电子束蒸发仪中进行。PET基底在沉积前依次经丙酮、酒精和去离子水在室温下超声清洗，每次超声功率200?W，持续1分钟。

Results and discussion

为简化模型并避免界面散射和氧化带来的干扰，本研究选择金纳米膜作为验证应变调控机制的模型材料。通过电子束蒸发在PET基底上制备了不同厚度的金纳米膜，经HP退火处理后，获得了高结晶度且附着性强的柔性基底支撑金纳米膜。

不同厚度（t = 10, 20, 30, 40, 60, 100, 400 nm）的Au纳米膜在PET上的XRD结果表明……

Conclusions

综上所述，通过制备不同厚度的金纳米膜模型材料，测量了其在多种应变状态下的电学性能，并探索了应变与尺寸耦合的规律与机制。研究发现，拉伸应变（包括轴向压缩与面内拉伸）可提升薄膜导电性，其机制在于该应变状态有助于提高费米能级处的电子态密度（DOS），并抑制电子-声子耦合（e-p coupling）相互作用，从而产生更高的电导率，且该机制稳定、可重复。电阻应变系数（SCR）随膜厚减小而增大，尤其在较小尺寸下更为显著；引入石墨烯复合后SCR降低。应变条件下的电响应可通过石墨烯复合进行调控，有助于提高小尺度纳米膜的电学服役稳定性。探索应变与尺寸的耦合效应对发展应变调控型小尺度柔性电极具有重要意义。