张一慧——清华大学航天航空学院工程力学系副教授

张一慧，博士，清华大学航天航空学院工程力学系副教授。2011年在清华大学航天航天学院工程力学系获博士学位。2011年至2015年在美国西北大学土木与环境工程系先后担任Postdoctoral Fellow和Research Assistant Professor。2015年入选中组部“****计划”，进入清华大学工作。2016年入榜MIT Technology Review“世界杰出青年创新家”（TR35）。

教育及工作经历：

2002.9-2006.6          南京航空航天大学         飞行器设计与工程专业学士

2006.8-2008.7          清华大学航天航天学院                            工程力学硕士

2008.9-2011.6          清华大学航天航天学院                            工程力学博士

2011.10-2014.6        美国西北大学，土木与环境工程系     Postdoctoral Fellow

2014.6-2015.3          美国西北大学，土木与环境工程系     Research Assistant Professor

2015.3-至今              清华大学，工程力学系                            副教授

学术兼职：

1、担任SCI源期刊《Acta Mechanica Solida Sinica》编委。

2、中国力学学会第八届青年工作委员会委员。

3、《Journal of the Mechanics and Physics of Solids》，《Advanced Materials》，《Nano Letters》，《ASME-Journal of Applied Mechanics》，《Applied Physics Letters》，《Proceedings of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences》等国际学术期刊审稿人。

研究方向：

主要研究方向包括：屈曲引导的微尺度三维结构组装、柔性可延展结构及器件、仿生软物质等。

研究领域：

屈曲力学及其新兴应用，柔性可延展电子器件，仿生软物质，智能材料与结构力学

研究概况：

建立屈曲引导的微尺度三维结构组装新方法，提出力学设计新概念，建立屈曲成型的理论模型、计算方法及实验测试技术

发展柔性可延展电子器件及系统的力学设计新理念，建立力学分析的理论模型及计算方法

建立与发展铁电材料的多尺度力电耦合计算方法及断裂力学模型

科研成果：

至今已获得国际发明专利2项，出版学术专著1部，发表SCI论文60余篇，其中在《Science》、《Nature Communications》、《PNAS》、《JMPS》等国际期刊上以通讯作者或第一作者发表30余篇论文。这些研究成果被《Nature》、《Science》、《Nature Materials》、《PNAS》、《Nano Today》等期刊在Research Highlights、Perspectives或News & Views/Opinions专栏中焦点报道，同时得到ASME News、Chemistry Views、IOP Physics World、Materials Views、MIT Technology Review、Royal Society of Chemistry等专业机构追踪，还多次受到BBC、Discovery、Fox、Wall Street Journal、参考消息、新华网、人民网等国内外重要媒体报道。关于屈曲引导的微尺度三维结构组装的成果被提名为中国科学院和中国工程院共同主办的“2015年世界十大科技进展新闻评选”的20项候选工作条目。

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。

代表性论文（*表示通讯作者；+表示并列第一作者）：

1. Mechanically guided assembly of complex, 3D mesostructures from releasable multilayers of advanced materials.Yan Z†, Zhang F†, Liu F, Han M, Ou D, Liu Y, Lin Q, Guo X, Fu H, Xie Z, Gao M, Huang Y, Kim JH, Qiu Y, Nan K, Kim J, Gutruf P, Luo H, Zhao A, Hwang KC, Huang YG*, Zhang YH*, Rogers JA*.Science Advances, 2016, 2: e1601014 

2. Engineered elastomer substrates for guided assembly of complex 3D mesostructures by spatially non-uniform compressive buckling.Nan K†, Luan H†, Yan Z, Ning X, Wang Y, Wang A, Wang J, Han M, Chang M, Li K, Zhang Y, Huang W, Xue Y, Huang YG, Zhang YH*, Rogers JA*.Advanced Functional Materials, 2016, In Press 

3. Mechanics of fractal-inspired horseshoe microstructures for applications in stretchable electronics.Ma Q, Zhang YH*.Journal of Applied Mechanics, 2016, 83: 111008. 

4. A finite deformation model of planar serpentine interconnects for stretchable electronics.Fan ZC, Zhang YH*, Ma Q, Zhang F, Fu HR, Hwang KC, Huang YG*.International Journal of Solids and Structures, 2016, 91: 46-54. 

5. A nonlinear mechanics model of bio-inspired hierarchical lattice materials consisting of horseshoe microstructures.Ma Q, Cheng H, Jang KI, Luan H, Hwang KC, Rogers JA, Huang YG, Zhang YH*.Journal of the Mechanics and Physics of Solids, 2016, 90: 179-202. 

6. Guided Formation of 3D Helical Mesostructures by Mechanical Buckling: Analytical Modeling and Experimental Validation.Liu Y†, Yan Z†, Lin Q, Guo XL, Han MD, Nan KW, Hwang KC, Huang YG, Zhang YH*, Rogers JA*.Advanced Functional Materials, 2016, 26: 2909-2918. 

7. Controlled Mechanical Buckling for Origami-Inspired Construction of 3D Microstructures in Advanced Materials.Yan Z†, Zhang F†, Wang J, Liu F, Guo XL, Nan KW, Lin Q, Gao MY, Xiao DQ, Shi Y, Qiu YQ, Luan HW, Kim JH, Wang YQ, Luo HY, Han MD, Huang YG, Zhang YH*, Rogers JA*.Advanced Functional Materials, 2016, 26: 2629-2639 (Inside front cover feature article). 

8. Theoretical and Experimental Studies of Epidermal Heat Flux Sensors for Measurements of Core Body Temperature.Zhang YH†, Webb RC†, Luo HY†, Xue YG, Kurniawan J, Cho NH, Krishnan S, Li YH, Huang YG, Rogers JA*.Advanced Healthcare Materials, 2016, 5: 119-127.

9. Assembly of micro/nanomaterials into complex, three-dimensional architectures by compressive buckling.Xu S†, Yan Z†, Jang KI, Huang W, Fu HR, Kim JH, Wei ZJ, Flavin M, McCracken J, Wang RH, Badea A, Liu Y, Xiao DQ, Zhou GY, Lee JW, Chung HU, Cheng HY, Ren W, Banks A, Li XL, Paik U, Nuzzo RG, Huang YG*, Zhang YH*, Rogers JA*.Science, 2015, 347: 154-159 (Cover feature article). 

10.Soft Network Composite Materials with Deterministic and Bio-Inspired Designs.Jang KI, Chung HU, Xu S, Lee CH, Luan HW, Jeong JW, Cheng HY, Kim GT, Han SY, Lee JW, Kim JH, Cho M, Miao FX, Yang YY, Jung HN, Flavin M, Liu H, Kong GW, Yu KJ, Rhee SI, Chung J, Kim B, Kwak J, Yun MH, Kim JY, Song YM, Paik U, Zhang YH*,Huang YG*, Rogers JA*.Nature Communications, 2015, 6: 6566. 

11.A mechanically driven form of Kirigami as a route to 3D mesostructures in micro/nanomembranes.Zhang YH†, Yan Z†, Nan KW, Xiao DQ, Liu YH, Luan HW, Fu HR, Wang XZ, Yang QL, Wang JC, Ren W, Si HZ, Liu F, Yang LH, Li HJ, Wang JT, Guo XL, Luo HY, Wang L, Huang YG*, Rogers JA*.Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 2015, 112: 11757–11764.

12.A theoretical model of reversible adhesion in shape memory surface relief structures and its application in transfer printing.Xue YG, Zhang YH*, Feng X, Kim S, Rogers JA, Huang YG*.Journal of the Mechanics and Physics of Solids, 2015, 77: 27-42.

13.Mechanics of Stretchable Batteries and Supercapacitors.Zhang YH*, Huang YG, Rogers JA.Current Opinion in Solid State and Materials Science, 2015, 19: 190-199

14.Optics and Nonlinear Buckling Mechanics in Large-Area, Highly Stretchable Arrays of Plasmonic Nanostructure.Gao L†, Zhang YH†, Zhang H†, Doshay S†, Xie X, Luo HY, Shah D, Shi Y, Xu SY, Fang H, Fan JA, Nordlander P, Huang YG*, Rogers JA*.ACS Nano, 2015, 9: 5968-5975

15.Analyses of post-buckling in stretchable arrays of nanostructures for wide-band tunable plasmonics.Shi Y†, Luo H†, Gao L, Gao C, Rogers JA, Huang YG, Zhang YH*

16.Proceedings of the Royal Society A: Mathematical, Physical & Engineering Sciences, 2015, 471, 20150632.Wireless Optofluidic Systems for Programmable In Vivo Pharmacology and Optogenetics.Jeong JW†, McCall JG†, Shin G, Zhang YH, Al-Hasani R, Kim M, Li S, Sim JY, Jang KI, Shi Y, Hong DY, Liu YH, Schmitz GP, Xia L, He ZB, Gamble P, Ray WZ, Huang YG, Bruchas MR*, Rogers JA*.Cell, 2015, 162: 662-674

17.Materials and Wireless Microfluidic Systems for Electronics Capable of Chemical Dissolution on Demand.Lee CH†, Jeong JW†, Liu YH, Zhang YH, Shi Y, Kang SK, Kim JH, Kim JS, Lee NY, Kim BH, Jang KY, Yin L, Kim MK, Banks A, Paik U, Huang YG, Rogers JA*.Advanced Functional Materials, 2015, 25: 1338-1343 (Front cover feature article)

18.Lateral buckling and mechanical stretchability of fractal interconnects partially bonded onto an elastomeric substrate.Fu HR, Xu S, Xu RX, Jiang JQ, Zhang YH, Rogers JA*, Huang YG*.Applied Physics Letters, 2015, 106: 091902

19.Soft Microfluidic Assemblies of Sensors, Circuits and Radios for the Skin.Xu S†, Zhang YH†, Jia L†, Mathewson KE†, Jang KI, Kim JH, Fu HR, Huang X, Chava P, Wang RH, Bhole S, Wang LZ, Na YJ, Guan Y, Flavin M, Han ZS, Huang YG*, Rogers JA*.Science, 2014, 344 (6179): 70-74.

20.Epidermal Photonic Devices for Quantitative Imaging of Temperature and Thermal Transport Characteristics of the Skin.Gao L†, Zhang YH†, Malyarchuk V†, Jia L, Jang KI, Webb RC, Fu HR, Shi Y, Zhou GY, Shi LK, Shah D, Huang X, Xu BX, Yu CJ, Huang YG, Rogers JA*.Nature Communications, 2014, 5: 4938. 

21.A hierarchical computational model for stretchable interconnects with fractal-inspired designs.Zhang YH†, Fu HR†, Xu S, Fan JA, Hwang KC, Jiang JQ, Rogers JA, Huang YG*.Journal of the Mechanics and Physics of Solids, 2014, 72: 115-130. 

22.Experimental and Theoretical Studies of Serpentine Microstructures Bonded To Prestrained Elastomers for Stretchable Electronics.Zhang YH†, Wang SD†, Li XT, Fan JA, Xu S, Song YM, Choi KJ, Yeo WH, Lee W, Nazaar SN, Lu BW, Yin L, Hwang KC, Rogers JA*, Huang YG.Advanced Functional Materials, 2014, 24: 2028-2037. 

23.All-Elastomeric, Strain-Responsive Thermochromic Color Indicators.Yu CJ†, Zhang YH†, Cheng DK, Li XT, Huang YG*, Rogers JA*.Small, 2014, 10: 1266-1271. 

24.Buckling of a stiff thin film on a pre-strained bi-layer substrate.Cheng HY, Zhang YH*, Hwang KC, Rogers JA, Huang YG*.International Journal of Solids and Structures, 2014, 51: 3113-3118. 

25.Fabric-Based Stretchable Electronics with Mechanically Optimized Designs and Prestrained Composite Substrates.Xu RX†, Jang KI†, Ma YJ, Jung HN, Yang YY, Cho M, Zhang YH*, Huang YG, Rogers JA*.Extreme Mechanics Letters, 2014, 1: 120-126. 

26.Mechanics Design for Stretchable, High-Areal-Coverage GaAs Solar Module on an Ultra-thin Substrate.Shi XT†, Xu RX†, Li YH, Zhang YH, Ren ZG, Gu JF, Rogers JA, Huang YG*.Journal of Applied Mechanics, 2014, 81: 124502 

27.Rugged and Breathable Forms of Stretchable Electronics With Adherent Composite Substrates for Transcutaneous Monitoring.Jang KI, Han SY, Xu S, Mathewson KE, Zhang YH, Jeong JW, Kim GT, Webb RC, Lee JW, Dawidczyk TJ, Kim RH, Song YM, Yeo WH, Kim S, Cheng HY, Rhee SI, Chung J, Kim B, Chung HU, Lee D, Yang Y, Cho M, Gaspar JG, Carbonari R, Fabiani M, Gratton G, Huang YG, Rogers JA*.Nature Communications, 2014, 5: 4779. 

28.Fractal Design Concepts for Stretchable Electronics.Fan JA†, Yeo WH†, Su YW†, Hattori Y, Lee W, Jung SY, Zhang YH, Liu ZJ, Cheng HY, Falgout L, Bajema M, Coleman T, Gregoire D, Larson R, Huang YG, Rogers JA*.Nature Communications, 2014, 5: 3266. 

29.Capacitive epidermal electronics for electrically safe, long-term electrophysiological measurements.Jeong JW, Kim MK, Cheng HY, Huang X, Yeo WH, Liu YH, Zhang YH, Huang YG, Rogers JA*.Advanced Healthcare Materials, 2014, 3:642-648 (Front cover feature article). 

30.Adaptive Optoelectronic Camouflage Systems With Designs Inspired by Cephalopod Skins.Yu CJ, Li YH, Zhang X, Huang X, Malyarchuk V, Wang SD, Shi Y, Gao L, Su YW, Zhang YH, Xu HX, Hanlon R, Huang YG, Rogers JA*.Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 2014, 111: 12998-13003. 

31.Multifunctional Skin-like Electronics for Quantitative, Clinical Monitoring of Cutaneous Wound Healing.Hattori Y, Falgout L, Lee W, Jung SY, Poon E, Lee JW, Na I, Geisler A, Sadhwani D, Zhang YH, Su YW, Wang XQ, Liu Z, Xia J, Cheng HY, Webb RC, Bonifas AP, Won P, Jeong JW, Jang KI, Song YM, Nardone B, Nodzenski M, Huang YG, West DP, Paller AS, Alam M, Yeo WH*, Rogers JA*.Advanced Healthcare Materials, 2014, 3: 1597-1607. 

32.Stretchable batteries with self-similar serpentine interconnects and integrated wireless recharging systems.Xu S†, Zhang YH†, Cho J, Lee J, Huang X, Jia L, Fan JA, Su YW, Su J, Zhang HG, Cheng HY, Lu BW, Yu CJ, Chuang C, Kim Ti, Song T, Shigeta K, Kang S, Dagdeviren C, Petrov I, Braun PV, Huang YG*, Paik U, Rogers JA*.Nature Communications, 2013, 4: 1543. 

33.Fracture analysis of ferroelectric single crystals: domain switching near crack tip and electric field induced crack propagation.Zhang YH, Li JY*, Fang DN*.Journal of the Mechanics and Physics of Solids, 2013, 61: 114-130. 

34.Buckling in serpentine microstructures and applications in elastomer-supported ultra-stretchable electronics with high areal coverage.Zhang YH†, Xu S†, Fu HR, Lee J, Su J, Hwang KC, Rogers JA*, Huang YG*.Soft Matter, 2013, 9: 8062-8070. 

35.Mechanics of ultra-stretchable self-similar serpentine interconnects.Zhang YH†, Fu HR†, Su YW, Xu S, Cheng HY, Fan JA, Hwang KC, Rogers JA*, Huang YG*.Acta Materialia, 2013, 61: 7816-7827. 

36.Analysis of a concentric coplanar capacitor for epidermal hydration sensing.Cheng HY, Zhang YH, Huang X, Rogers JA, Huang YG*.Sensors & Actuators: A, 2013, 203: 149-153. 

37.Ultrathin conformal devices for precise and continuous thermal characterization of human skin.Webb RC†, Bonifas AP†, Behnaz A, Zhang YH, Yu KJ, Cheng HY, Shi MX, Bian ZG, Liu ZJ, Kim YS, Yeo WH, Park JS, Song JZ, Li YH, Huang YG, Gorbach AM, Rogers JA*.Nature Materials, 2013, 12: 938-944. 

38.High Performance, Flexible Piezoelectric Devices Based on Aligned Arrays of Nanofibers of Poly[(vinylidenefluoride-co-trifluoroethylene].Persano L†, Dagdeviren C†, Su YW†, Zhang YH, Girardo S, Pisignano D, Huang YG, Rogers JA*.Nature Communications, 2013, 4: 1633. 

39.Advances in developing electromechanically coupled computational methods for piezoelectrics/ferroelectrics at multiscale.Fang DN*, Li FX, Liu B, Zhang YH, Hong JW, Guo XH.Applied Mechanics Review, 2013, 65: 060802. 

40.Thermal-mechanical modeling of scanning Joule expansion microscopy imaging of single-walled carbon nanotube devices.Song JZ*, Lu CF, Xie X, Li YH, Zhang YH, Grosse KL, Dunham S, Huang YG, King WP, Rogers JA.Journal of Applied Mechanics, 2013, 80: 040907. 

41.Epidermal Impedance Sensing Sheets for Precision Hydration Assessment and Spatial Mapping.Huang X, Cheng HY, Chen KL, Zhang YL, Zhang YH, Liu YH, Zhu CQ, Ouyang SC, Kong GW, Yu CJ, Huang YG, Rogers JA*.IEEE Transactions on Biomedical Engineering, 2013, 60(10): 2848-2857. 

42.An electromechanical atomic-scale finite element method for simulating evolutions of ferroelectric nanodomains.Zhang YH, Xu R, Liu B*, Fang DN*.Journal of the Mechanics and Physics of Solids, 2012, 60: 1383-1399. 

43.Three-Dimensional Thermal Analysis of Wirelessly Powered Light Emitting Systems.Zhang YH, Li YH, Kim RH, Tao H, Kim Ti, Omenetto FG, Rogers JA*, Huang Y*.Proceedings of the Royal Society A: Mathematical, Physical & Engineering Sciences, 2012, 468: 4088-4097. 

44.External uniform electric field removing the flexoelectric effect in epitaxial ferroelectric thin films.Zhou H, Hong JW, Zhang YH, Li FX, Pei YM*, Fang DN*.EPL (Europhysics Letters), 2012, 99: 47003. 

45.Flexoelectricity induced increase of critical thickness in epitaxial ferroelectric thin films.Zhou H, Hong JW, Zhang YH, Li FX, Pei YM*, Fang DN*.Physica B, 2012, 407: 3377-3381. 

46.Materials and Designs for Wirelessly Powered Implantable Light Emitting Systems.Kim RH†, Tao H†, Kim TI†, Zhang YH, Kim S, Panilaitis B, Yang M, Kim DH, Jung YH, Kim BH, Li YH, Huang YG, Omenetto FG*, Rogers JA*.Small, 2012, 8: 2812-2818 (Inside front cover feature article). 

47.Optimal Design of Sandwich Beams with Lightweight Cores in Three-Point Bending.Chen LM, Chen MJ, Pei YM*, Zhang YH, Fang DN*.International Journal of Applied Mechanics, 2012, 4: 1250033. 

48.Quantitative Thermal Imaging of Single Walled Carbon Nanotube Devices by Scanning Joule Expansion.Xie X, Grosse KL, Song JZ, Lu CF, Dunham S, Du F, Islam AE, Li YH, Zhang YH, Pop E, Huang YG, King WP*, Rogers JA*.ACS Nano, 2012, 11: 10267-10275. 

49.Electronic Sensor and Actuator Webs for Large-Area Complex Geometry Cardiac Mapping and Therapy.Kim DH†, Lu NS†, Ghaffari R†, Wang SD†, Lee SP, Keum H, Angelo RD, Klinker L, Su YW, Lu CF, Kim YS, Ameen A, Li YH, Zhang YH, Graff B, Hsu YY, Liu ZJ, Ruskin J, Omenetto FG, Huang YG, Mansour M, Slepian MJ, Rogers JA*.Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 2012, 109: 19910-19915. 

50.Stress-induced phase transition and deformation behavior of BaTiO3 nanowires.Zhang YH, Liu B, Fang DN*.Journal of Applied Physics, 2011, 110: 054109. 

51.Critical thickness and the size-dependent Curie temperature of BaTiO3 nanofilms.Zhang YH, Sang YL, Liu B*, Fang DN*.Journal of Computational and Theoretical Nanoscience, 2011, 8: 867-872. 

52.A COD fracture model of ferroelectric ceramics with applications in electric field induced fatigue crack growth.Fang DN*, Zhang YH, Mao GZ.International Journal of Fracture, 2011, 167(2): 211-220. 

53.Stress concentration in two-dimensional lattices with imperfections.Cui XD, Zhang YH, Zhao H, Lu TJ, Fang DN*.Acta Mechanica, 2011, 216: 105-122. 

54.Oxygen-vacancy-induced memory effect and large recoverable strain in a barium titanate single crystal.Zhang YH, Li JY*, Fang DN*.Physical Review B, 2010, 82: 064103. 

55.Strain Effect on Ferroelectric Behaviors of BaTiO3 Nanowires: A molecular dynamics study.Zhang YH, Hong JW, Liu B*, Fang DN*.Nanotechnology, 2010, 21(1): 015701

56.A surface-layer model of ferroelectric nanowire.Zhang YH, Hong JW, Liu B, Fang DN*.Journal of Applied Physics, 2010, 108: 124109. 

57.Size dependent domain configuration and electric field driven evolution in ultrathin ferroelectric films: a phase field investigation.Zhang YH, Li J Y*, Fang DN*.Journal of Applied Physics, 2010, 107: 034107. 

58.Electric-field-induced fatigue crack growth in ferroelectric ceramics.Fang DN*, Zhang YH, Mao GZ.Theoretical and Applied Fracture Mechanics, 2010, 54(2): 98-104. 

59.Molecular dynamics investigations on size-dependent ferroelectric behavior of BaTiO3 nanowires.Zhang YH, Hong JW, Liu B*, Fang DN*.Nanotechnology, 2009, 20(40): 405703. 

60,Deformation and failure mechanisms of lattice cylindrical shells under axial loading.Zhang YH, Xue ZY, Chen LM, Fang DN*.International Journal of Mechanical Sciences, 2009, 51: 213-221. 

61.Study on crack propagation in ferroelectric single crystal under electric loading.Jiang Y, Zhang Y, Liu B*, Fang D*.Acta Materialia, 2009, 57(5): 1630-1638. 

62.Constitutive relations and failure criterion of planar lattice composites.Zhang YH, Fan HL, Fang DN*.Composites Science and Technology, 2008, 68(15-16): 3299-3304. 

63.Mechanical properties of two novel planar lattice structures.Zhang YH, Qiu XM, Fang DN*.International Journal of Solids and Structures, 2008, 45(13):3751-3768. 

64.Plastic yield and collapse mechanism of planar lattice structures.Zhang YH, Xue ZY, Qiu XM, Fang DN*.Journal of Mechanics of Materials and Structures, 2008, 3(7): 1257-1277. 

65.Vibration and buckling of lattice sandwich structures.Zhang YH, Gu Y, Qiu XM, Guo HC, Zhao H, Fang DN*.International Journal of Nonlinear Sciences and Numerical Simulation, 2008, 9(1): 41-46. 

66.Effects of high order deformations on the strength of planar lattice materials.Wang B, Zhang YH, Fang DN*.Acta Mechanica Sinica, 2008, 24: 533-540. 

67.Differential quadrature analysis of the buckling of thin rectangular plates with cosine-distributed compressive loads on two opposite sides.Wang XW*, Gan LF, Zhang YH.Advances in Engineering Software, 2008, 39: 497–504

荣誉奖励：

1、2016年度求是杰出青年学者奖。

2、2016年入榜MIT Technology Review“世界杰出青年创新家”（TR35）。

3、2015年 入选中组部“青年**计划”。

4、2011年 清华大学优秀博士学位论文。

5、2010年 首届教育部博士研究生学术新人奖。

6、2008年 清华大学优秀硕士学位论文。

——记清华大学航天航空学院工程力学系副教授张一慧 

 

张一慧，清华大学航天航空学院工程力学系副教授。2011年，在清华大学航天航空学院工程力学系获博士学位。2011?2015年，在美国西北大学土木与环境工程系先后担任Postdoctoral Fellow和Research Assistant Professor。2015年入选中组部“青年**计划”，进入清华大学工作。2016年入榜MIT Technology Review“世界杰出青年创新家”（TR35）。主要研究方向包括：屈曲引导的微尺度三维结构组装、柔性可延展结构及器件、仿生软物质等。

至今已发表SCI论文60余篇，包括Science、Cell以及Nature子刊共10篇。其中作为通讯作者或第一作者在国际综合类权威期刊Science、Nature Communications、PNAS、Science Advances，国际力学及材料学领域权威期刊JMPS、IJSS、Advanced Functional Materials、Advanced Healthcare Materials、Acta Materialia等发表SCI论文30余篇。 

2015年1月，一篇作为Science封面的文章发表后，很快被Science、Nature分别在Perspectives和Research Highlights专栏中评述报道，并入选ESI高被引论文。而发表这篇文章的作者就是清华大学航天航空学院工程力学系副教授张一慧与其合作者。

美国佐治亚理工大学V.V.Tsukruk教授在Science同期出版的Perspectives专栏中认为，该工作“展示了一种新典范，它通过设计局部屈曲诱导功能材料迅速弹出成型复杂三维结构。”而屈曲引导的微尺度三维结构组装，正是张一慧的研究兴趣之一。 

“屈曲力学”与“剪纸艺术”的完美结合 

2015年，作为“青年**”的张一慧回到母校清华大学工作，独立开展研究。他和合作者开创了一个新的方向——屈曲力学引导的微尺度三维结构制备方法。

何为屈曲力学？

张一慧介绍说，屈曲力学是一个比较基础的研究方向，开展至今已有几百年的历史。结构丧失稳定性称作（结构）屈曲，即当载荷达到某一临界值时，结构构形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屈曲的发生，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。原来屈曲并不完全都是坏事，关键在于我们怎样去利用它。而张一慧现在的研究方向之一，就是利用屈曲力学现象，把它应用在新的领域。

三维微纳米结构在生物医学器件、微机电系统、光电子器件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。然而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。

张一慧与合作者提出将可控力学屈曲应用于微纳米三维结构组装，并引入剪纸设计概念，原创出一套可适用于各种高性能材料的三维微结构组装方法，制备出几百种现有方法无法实现的微纳米三维单晶硅结构，这为先进微纳米系统的制备提供了一种重要的新途径。

该方法不仅适用于半导体、金属、聚合物、塑料等各种材料类型，而且适用于不同特征尺度下的材料组装，例如从100纳米到30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。

剪纸剪完之后会变得更加柔性，会有更大的伸缩空间和变形空间，这就可以释放应力集中，避免失效，保护结构。而把剪纸思想和屈曲成型方法结合到一起，用在微小三维结构的成型上，这在国际上尚属首次。

这些成果在2015年以清华大学为作者单位发表在Science、PNAS等国际刊物上，发表于Science的工作还被选为当期的封面文章。张一慧说：“Science一年才有51期，能被选为封面文章，相对还是比较难的。”

屈曲引导的微纳米三维结构组装方法，不仅提供了一种新颖的制备微小三维结构的方法，而且这种方法可以作为一种平台，根据不同领域的需求做成一些电子器件、生医器件、能源器件、或者光学器件等。利用这一新方法实现一些具有新颖功能的三维器件，这也是张一慧和课题组以及合作者正在进行的相关应用方面的研究。 

“可穿戴皮肤电子器件”指日可待 

把电池做得非常柔软，拉扯不坏——这是张一慧前期在美国的工作。

2011年到2014年博士后期间，张一慧在合作导师美国西北大学黄永刚教授的课题组中从事柔性可延展电子器件研究。期间，他的另一重要研究成果就是，建立可穿戴皮肤电子器件系统的可延展力电一体化设计与创新集成方法。张一慧说：“我们的目的就是，希望发展出来的电子器件可以有效的和人体、生物体贴合，从而提供一种全新的健康医疗手段，这是将来希望实现推广的一个目标。”

过去，如果生病了，只能根据病情去判断治疗，而未来的医疗模式将发生转变。美国正逐渐从这个医疗模式转变成疾病预防与管理，在疾病发生之前，就能获取诸多相关信息，从而避免疾病的发生，但这怎样才能实现呢？

传统医疗监测设备较为坚硬笨重，难以贴合人体的复杂曲面，因而无法与皮肤有效集成。想随时随地穿戴几乎是不可能的，因此不能满足人体生理信号的户外长时测试的需求。

张一慧和合作者提出采用电路系统的分形导线设计、微流体封装设计理念以及仿生皮肤设计新途径，建立了功能器件电路系统的力电一体化设计和分析方法，将其力学性能（弹性模量和延展率）改善两个甚至多个数量级。基于这些概念，实现了首个可长时监测皮肤温度、加速度和电生理信号的无线可穿戴多功能器件，以及可与人体不同部位表皮性质相匹配的人造皮肤。

这些力学设计理念具有普适意义，为可穿戴电子器件的发展和应用提供了坚实铺垫。这些成果已分别在2014年和2015年发表于Science、Nature Communications等国际刊物。发表于Science的工作还被杂志网站选为当期焦点，并入选ESI高被引论文。由于该工作的重要影响，张一慧还受到美国科学促进会中文版科学新闻平台的采访。

据张一慧介绍：“现在做的器件非常柔软，可以贴在身上，甚至洗澡也不会被冲掉，24小时随时随地穿戴。可无线传输，实时传到电脑上，需要时便可查看。”而该方向的最终目标是：“将来希望它可以全方位地应用在医疗的各个领域”。 

交叉学科研究的“未来” 

人体皮肤是可以拉伸和褶皱的，心脏是不停膨胀运动的。用传统的刚硬器件可能会破坏这些组织和器官，那么只有把器件做成可以匹配的形式才能避免。到底什么样的结构形式可以很大尺度拉伸呢？

刚开展博士后研究不久，张一慧想到了三维的螺旋结构有很大的拉伸空间，但做微器件则需要做一个很小尺寸的螺旋，而现有的方法很难将高性能材料做成微小尺寸的螺旋。后来，他就利用自己力学专业的方法，又与屈曲的研究背景相结合，终于成功形成了一种新的三维微组装方法。

“现在的科学领域面临的很多问题，具有很大的综合性和复杂性。通常很多问题不是一个学科领域能很好解决或解释得透彻的。所以，这为进行交叉学科的研究提供了一个机遇。”张一慧说。

对于微尺度三维结构组装领域而言，一个重要挑战是发展一种新方法来填补先前方法的不足，上述屈曲力学引导的方法就涉及固体力学的研究领域。而有了方法之后，还需要机械和材料科学领域的技术和方法，用来实现一些毫米尺寸或小到几微米的三维结构的制备。而要想做成三维器件或产品，又有可能涉及到电子工程和光学领域。张一慧认为，只有不同学科贡献自己的力量，才能使科研成果更加发光发亮，“将来还有很多有价值的东西，需要不同学科的交流和合作”。

“在不同科学研究过程中，我们尝试一些前人没有走过的路，这其中会有一些困难，遇到困难时贵在坚持。”张一慧回国不到一年，总是“早出晚归”，但家人的理解和支持，单位和国家的资助，让他不言放弃。

张一慧现在的研究主要聚焦在屈曲引导的微尺度三维结构组装和仿生软物质两个方向。他希望，在基础研究领域能做出更新颖的工作，使新发展的方向更系统，最终走向实用。

       来源：科学中国人 2016年第10期