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张一慧

 

        我的一个主要研究领域是屈曲引导的微纳米三维结构组装。所谓屈曲是指结构丧失稳定性,即当载荷达到某一临界值时,结构构型将突然跳到另一个随遇的平衡状态。早期的屈曲研究主要是为避免工程建筑结构中发生屈曲,而最近十多年来,科学家们发现自然界生物体里存在很多新奇的屈曲现象,并利用这些发现实现了一些有意义的工程应用。

 

        复杂三维微纳米结构在细胞骨架、神经网络、脉管网络等生物系统中广为存在,并提供着生命体最基本的功能。类似的人造三维结构在生物医学器件、微机电系统、能量存储系统等众多科技领域具有重要而广泛的应用,一直以来都是科技研究的焦点。不过,现有的三维微纳米结构的制备及组装方法却较为局限,尤其是缺乏高性能半导体材料的复杂三维结构成型方法。例如,3D打印技术无疑是近年来的热门科技,它可以打印小到胚胎干细胞,大到汽车甚至房子等等,不过这种技术适用的材料种类还很有限,无法打印单晶硅等现代信息技术中广泛应用的高性能电子材料。

 

        我在这个方向的工作是将屈曲力学的概念与现代化半导体产业中非常成熟的平面制备工艺相结合,将容易成型的二维薄膜图案通过压缩力的作用变形成目标三维结构,并通过精确的力学模型构建起二维图案与三维构型之间的对应关系,从而形成了一套可适用于各种高性能材料和复杂几何拓扑的三维微纳米结构组装方法。这种方法不仅适用于半导体(包括单晶硅)、金属、聚合物、陶瓷等各种材料类型,而且适用于很宽的特征尺度,例如从几十纳米到几十毫米。与3D打印技术相比,该方法具有适用材料范围广、成型速度快、成型过程可控性强等优势。这个工作的意义在于提供了一种可以快速成型大多数材料类型的三维微纳米结构的新方法,为不同领域的学者发展一些新颖的三维微型器件(例如电子器件、能源器件、生医器件、光学器件等)提供了一个创新平台。

 

        张一慧,1986年出生,2006年于南京航空航天大学获学士学位,2011年于清华大学航天航空学院获固体力学博士学位。2011至2015年在美国西北大学土木与环境工程系先后担任博士后和研究助理教授。2015年入选中组部“青年千人计划”并加入清华大学工作,现任航天航空学院工程力学系副教授、博士生导师。

 

        张一慧在屈曲引导的微纳米三维结构组装、可延展电子器件的创新力学设计及理论等前沿领域做出系列原创性的研究。独立提出将可控力学屈曲应用于微纳米三维结构组装,引入剪纸和折纸设计概念,与合作者一起原创出一套可适用于各种高性能材料和复杂几何拓扑的三维微结构组装方法,为先进微纳米系统的制备提供了一种重要的新途径;提出可延展导线及电子器件的自相似力学设计概念,并建立原创的力学理论模型与计算方法,与合作者一起实现了首个可延展锂离子电池和多功能无线可穿戴电子器件。迄今已发表高水平SCI论文60多篇,被他引超过1500次(截至2016年7月);其中以通讯或第一作者发表SCI论文30多篇,包括2篇Science文章(其中一篇为封面文章)、3篇Nature Communications文章、1篇PNAS文章和5篇J. Mech. Phys. Solids(力学领域顶级期刊)文章。

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