金属薄膜新结构，让柔性器件更耐用
近日，中国科学院院士、西安交通大学金属材料强度全国重点实验室主任孙军团队创新性地提出了“共格梯度纳米层状结构”设计策略，通过构筑兼具原子级共格界面与逐层梯度过渡特征的金属多层膜，实现了对疲劳裂纹“萌生—扩展”全过程的协同抑制，为柔性导体长效服役提供了全新的解决方案。相关研究成果发表在《自然-电子学》上。
柔性电子技术在航空航天、人机交互、生物医疗及清洁能源等领域具有广阔的应用前景。金属薄膜作为其中的关键导体材料，承担着电连接与信号传输的核心功能，然而其在实际应用中长期面临循环变形导致的疲劳问题。
传统纳米晶金属薄膜容易发生晶粒异常长大和应变局域化，导致疲劳裂纹过早萌生并快速扩展，最终引发电阻急剧上升乃至电路完全失效。尽管合金化与多层化等方法能改善薄膜抗高周疲劳性能，却往往以牺牲电学延展性和低周疲劳寿命为代价，难以实现二者的协同优化。这一瓶颈严重制约了柔性电子器件的使用寿命与功能稳定性，成为其走向工程应用的核心障碍。
研究团队采用磁控溅射技术，制备出银（Ag）与铝（Al）交替堆叠的共格梯度纳米多层薄膜。该材料的综合抗疲劳性能显著优于已报道的同类金属薄膜材料，成功实现了高周与低周疲劳性能的协同提升。
这种共格梯度层状结构在赋予材料超常抗疲劳性能的同时，保持了接近于纯银薄膜的高导电性与良好电学延展性。这一设计理念具备良好的普适性，可拓展至金、铜、铝等其他金属体系，且与现有微加工技术高度兼容，展现出优异的产业化应用潜力。
Ag/Al共格梯度多层薄膜的微观结构。西安交通大学供图 研究团队进一步制备了可植入生物电极、柔性发光显示器与柔性互连电路三类原型器件，验证了该薄膜导体材料在多个前沿领域的应用可行性，为突破柔性电子长期可靠性瓶颈提供了切实可行的路径，有望推动柔性电子技术在医疗健康、人机交互与智能传感等领域的深度应用与普及。
相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41928-025-01503-1
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