近日，郭万林院士团队以“The universal scaling law for wrinkle evolution in stiff membranes on soft films”为题，在Cell姊妹刊Matter上发表了软硬双层膜屈曲演化领域的最新成果，南京航空航天大学郭万林院士为论文通讯作者，孟彦成博士为第一作者。

软硬双层膜体系普遍存在于诸如星球表面、生命体等自然界与柔性电子等工业界。由于两层膜的模量存在显著差异，两端受压时，硬质薄膜一侧容易出现屈曲失稳变形。团队成员通过系统的拉压、剥离弯曲实验与理论分析，证实双层膜的最终失稳阶次(模态)由软硬膜的等效厚度比t=(t_s/t_m)A^-2唯一决定。当等效厚度比的取值从t=0开始增大且不超过第一临界值t₁时，屈曲演化只存在1阶失稳，最终失稳阶次为1；当等效厚度比大于第一临界值而小于第二临界值t₂时，屈曲演化先后出现一阶和二阶失稳，最终失稳阶次为2。以此类推，若等效厚度比的取值在两个临界值之间，则最终失稳阶次不变；若跨越某一临界值，则最终失稳阶次增大/减小一阶，这就是屈曲演化的标度律。

图1.软硬双层膜屈曲变形的最终失稳阶次n与软硬双层膜等效厚度比t之间的台阶式依赖关系。上图示意最终失稳阶次分别为1,2,4时屈曲结构单元间的转化过程，下图表明标度律的普适性。

根据本文发现的标度律，软膜的几何厚度高于硬膜厚度几个数量级时仍然起控制作用。软膜厚度的这种作用是反直观的，也为屈曲的数值分析和理论解析带来跨尺度的挑战，是亟待解决的问题。第一作者孟彦成博士正在尝试推进这方面的理论解析研究。另外，自然界和微纳制造体系中，应变是非单向的、非均匀的。比如生物世界的应力生长和主动生长、薄膜自组织制造，都会在复杂应力应变场中产生各种不规则的、丰富多彩的皱褶图案，这类体系的解析、可预测设计和应用，将具有重要科学前景。

该研究获得了国家重点研发计划，博士后创新人才支持计划，国家自然科学基金、江苏省自然科学基金等项目的资助。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.matt.2023.03.030