張一慧，博士，清華大學航天航空學院工程力學系副教授。2011年在清華大學航天航天學院工程力學系獲博士學位。2011年至2015年在美國西北大學土木與環境工程系先后擔任Postdoctoral Fellow和Research Assistant Professor。2015年入選中組部“****計劃”，進入清華大學工作。2016年入榜MIT Technology Review“世界杰出青年創新家”（TR35）。

教育及工作經歷：

2002.9-2006.6          南京航空航天大學         飛行器設計與工程專業學士

2006.8-2008.7          清華大學航天航天學院                            工程力學碩士

2008.9-2011.6          清華大學航天航天學院                            工程力學博士

2011.10-2014.6        美國西北大學，土木與環境工程系     Postdoctoral Fellow

2014.6-2015.3          美國西北大學，土木與環境工程系     Research Assistant Professor

2015.3-至今              清華大學，工程力學系                            副教授

學術兼職：

1、擔任SCI源期刊《Acta Mechanica Solida Sinica》編委。

2、中國力學學會第八屆青年工作委員會委員。

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》等國際學術期刊審稿人。

研究方向：

主要研究方向包括：屈曲引導的微尺度三維結構組裝、柔性可延展結構及器件、仿生軟物質等。

研究領域：

屈曲力學及其新興應用，柔性可延展電子器件，仿生軟物質，智能材料與結構力學

研究概況：

建立屈曲引導的微尺度三維結構組裝新方法，提出力學設計新概念，建立屈曲成型的理論模型、計算方法及實驗測試技術

發展柔性可延展電子器件及系統的力學設計新理念，建立力學分析的理論模型及計算方法

建立與發展鐵電材料的多尺度力電耦合計算方法及斷裂力學模型

科研成果：

至今已獲得國際發明專利2項，出版學術專著1部，發表SCI論文60余篇，其中在《Science》、《Nature Communications》、《PNAS》、《JMPS》等國際期刊上以通訊作者或第一作者發表30余篇論文。這些研究成果被《Nature》、《Science》、《Nature Materials》、《PNAS》、《Nano Today》等期刊在Research Highlights、Perspectives或News & Views/Opinions專欄中焦點報道，同時得到ASME News、Chemistry Views、IOP Physics World、Materials Views、MIT Technology Review、Royal Society of Chemistry等專業機構追蹤，還多次受到BBC、Discovery、Fox、Wall Street Journal、參考消息、新華網、人民網等國內外重要媒體報道。關于屈曲引導的微尺度三維結構組裝的成果被提名為中國科學院和中國工程院共同主辦的“2015年世界十大科技進展新聞評選”的20項候選工作條目。

在屈曲引導的微納米三維結構組裝、可延展電子器件的創新力學設計及理論等前沿領域做出系列原創性的研究。獨立提出將可控力學屈曲應用于微納米三維結構組裝，引入剪紙和折紙設計概念，與合作者一起原創出一套可適用于各種高性能材料和復雜幾何拓撲的三維微結構組裝方法，為先進微納米系統的制備提供了一種重要的新途徑；提出可延展導線及電子器件的自相似力學設計概念，并建立原創的力學理論模型與計算方法，與合作者一起實現了首個可延展鋰離子電池和多功能無線可穿戴電子器件。

迄今已發表高水平SCI論文60多篇，被他引超過1500次（截至2016年7月）；其中以通訊或第一作者發表SCI論文30多篇，包括2篇Science文章（其中一篇為封面文章）、3篇Nature Communications文章、1篇PNAS文章和5篇J. Mech. Phys. Solids（力學領域頂級期刊）文章。

代表性論文（*表示通訊作者；+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

榮譽獎勵：

1、2016年度求是杰出青年學者獎。

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

3、2015年 入選中組部“青年**計劃”。

4、2011年 清華大學優秀博士學位論文。

5、2010年 首屆教育部博士研究生學術新人獎。

6、2008年 清華大學優秀碩士學位論文。

——記清華大學航天航空學院工程力學系副教授張一慧 

 

張一慧，清華大學航天航空學院工程力學系副教授。2011年，在清華大學航天航空學院工程力學系獲博士學位。2011?2015年，在美國西北大學土木與環境工程系先后擔任Postdoctoral Fellow和Research Assistant Professor。2015年入選中組部“青年**計劃”，進入清華大學工作。2016年入榜MIT Technology Review“世界杰出青年創新家”（TR35）。主要研究方向包括：屈曲引導的微尺度三維結構組裝、柔性可延展結構及器件、仿生軟物質等。

至今已發表SCI論文60余篇，包括Science、Cell以及Nature子刊共10篇。其中作為通訊作者或第一作者在國際綜合類權威期刊Science、Nature Communications、PNAS、Science Advances，國際力學及材料學領域權威期刊JMPS、IJSS、Advanced Functional Materials、Advanced Healthcare Materials、Acta Materialia等發表SCI論文30余篇。 

2015年1月，一篇作為Science封面的文章發表后，很快被Science、Nature分別在Perspectives和Research Highlights專欄中評述報道，并入選ESI高被引論文。而發表這篇文章的作者就是清華大學航天航空學院工程力學系副教授張一慧與其合作者。

美國佐治亞理工大學V.V.Tsukruk教授在Science同期出版的Perspectives專欄中認為，該工作“展示了一種新典范，它通過設計局部屈曲誘導功能材料迅速彈出成型復雜三維結構。”而屈曲引導的微尺度三維結構組裝，正是張一慧的研究興趣之一。 

“屈曲力學”與“剪紙藝術”的完美結合 

2015年，作為“青年**”的張一慧回到母校清華大學工作，獨立開展研究。他和合作者開創了一個新的方向——屈曲力學引導的微尺度三維結構制備方法。

何為屈曲力學？

張一慧介紹說，屈曲力學是一個比較基礎的研究方向，開展至今已有幾百年的歷史。結構喪失穩定性稱作（結構）屈曲，即當載荷達到某一臨界值時，結構構形將突然跳到另一個隨遇的平衡狀態。

早期的屈曲研究主要是為避免屈曲的發生，而最近十多年來，科學家們發現自然界生物體里存在很多新奇的屈曲現象。原來屈曲并不完全都是壞事，關鍵在于我們怎樣去利用它。而張一慧現在的研究方向之一，就是利用屈曲力學現象，把它應用在新的領域。

三維微納米結構在生物醫學器件、微機電系統、光電子器件等眾多科技領域具有重要而廣泛的應用，一直以來都是科技研究的焦點。然而現有的三維微納米結構的制備及組裝方法卻較為局限，尤其是缺乏高性能半導體材料的復雜三維結構成型方法。

張一慧與合作者提出將可控力學屈曲應用于微納米三維結構組裝，并引入剪紙設計概念，原創出一套可適用于各種高性能材料的三維微結構組裝方法，制備出幾百種現有方法無法實現的微納米三維單晶硅結構，這為先進微納米系統的制備提供了一種重要的新途徑。

該方法不僅適用于半導體、金屬、聚合物、塑料等各種材料類型，而且適用于不同特征尺度下的材料組裝，例如從100納米到30毫米。與3D打印技術相比，該方法具有適用材料范圍廣、成型速度快、成型過程可控性強等優勢。

剪紙剪完之后會變得更加柔性，會有更大的伸縮空間和變形空間，這就可以釋放應力集中，避免失效，保護結構。而把剪紙思想和屈曲成型方法結合到一起，用在微小三維結構的成型上，這在國際上尚屬首次。

這些成果在2015年以清華大學為作者單位發表在Science、PNAS等國際刊物上，發表于Science的工作還被選為當期的封面文章。張一慧說：“Science一年才有51期，能被選為封面文章，相對還是比較難的。”

屈曲引導的微納米三維結構組裝方法，不僅提供了一種新穎的制備微小三維結構的方法，而且這種方法可以作為一種平臺，根據不同領域的需求做成一些電子器件、生醫器件、能源器件、或者光學器件等。利用這一新方法實現一些具有新穎功能的三維器件，這也是張一慧和課題組以及合作者正在進行的相關應用方面的研究。 

“可穿戴皮膚電子器件”指日可待 

把電池做得非常柔軟，拉扯不壞——這是張一慧前期在美國的工作。

2011年到2014年博士后期間，張一慧在合作導師美國西北大學黃永剛教授的課題組中從事柔性可延展電子器件研究。期間，他的另一重要研究成果就是，建立可穿戴皮膚電子器件系統的可延展力電一體化設計與創新集成方法。張一慧說：“我們的目的就是，希望發展出來的電子器件可以有效的和人體、生物體貼合，從而提供一種全新的健康醫療手段，這是將來希望實現推廣的一個目標。”

過去，如果生病了，只能根據病情去判斷治療，而未來的醫療模式將發生轉變。美國正逐漸從這個醫療模式轉變成疾病預防與管理，在疾病發生之前，就能獲取諸多相關信息，從而避免疾病的發生，但這怎樣才能實現呢？

傳統醫療監測設備較為堅硬笨重，難以貼合人體的復雜曲面，因而無法與皮膚有效集成。想隨時隨地穿戴幾乎是不可能的，因此不能滿足人體生理信號的戶外長時測試的需求。

張一慧和合作者提出采用電路系統的分形導線設計、微流體封裝設計理念以及仿生皮膚設計新途徑，建立了功能器件電路系統的力電一體化設計和分析方法，將其力學性能（彈性模量和延展率）改善兩個甚至多個數量級。基于這些概念，實現了首個可長時監測皮膚溫度、加速度和電生理信號的無線可穿戴多功能器件，以及可與人體不同部位表皮性質相匹配的人造皮膚。

這些力學設計理念具有普適意義，為可穿戴電子器件的發展和應用提供了堅實鋪墊。這些成果已分別在2014年和2015年發表于Science、Nature Communications等國際刊物。發表于Science的工作還被雜志網站選為當期焦點，并入選ESI高被引論文。由于該工作的重要影響，張一慧還受到美國科學促進會中文版科學新聞平臺的采訪。

據張一慧介紹：“現在做的器件非常柔軟，可以貼在身上，甚至洗澡也不會被沖掉，24小時隨時隨地穿戴。可無線傳輸，實時傳到電腦上，需要時便可查看。”而該方向的最終目標是：“將來希望它可以全方位地應用在醫療的各個領域”。 

交叉學科研究的“未來” 

人體皮膚是可以拉伸和褶皺的，心臟是不停膨脹運動的。用傳統的剛硬器件可能會破壞這些組織和器官，那么只有把器件做成可以匹配的形式才能避免。到底什么樣的結構形式可以很大尺度拉伸呢？

剛開展博士后研究不久，張一慧想到了三維的螺旋結構有很大的拉伸空間，但做微器件則需要做一個很小尺寸的螺旋，而現有的方法很難將高性能材料做成微小尺寸的螺旋。后來，他就利用自己力學專業的方法，又與屈曲的研究背景相結合，終于成功形成了一種新的三維微組裝方法。

“現在的科學領域面臨的很多問題，具有很大的綜合性和復雜性。通常很多問題不是一個學科領域能很好解決或解釋得透徹的。所以，這為進行交叉學科的研究提供了一個機遇。”張一慧說。

對于微尺度三維結構組裝領域而言，一個重要挑戰是發展一種新方法來填補先前方法的不足，上述屈曲力學引導的方法就涉及固體力學的研究領域。而有了方法之后，還需要機械和材料科學領域的技術和方法，用來實現一些毫米尺寸或小到幾微米的三維結構的制備。而要想做成三維器件或產品，又有可能涉及到電子工程和光學領域。張一慧認為，只有不同學科貢獻自己的力量，才能使科研成果更加發光發亮，“將來還有很多有價值的東西，需要不同學科的交流和合作”。

“在不同科學研究過程中，我們嘗試一些前人沒有走過的路，這其中會有一些困難，遇到困難時貴在堅持。”張一慧回國不到一年，總是“早出晚歸”，但家人的理解和支持，單位和國家的資助，讓他不言放棄。

張一慧現在的研究主要聚焦在屈曲引導的微尺度三維結構組裝和仿生軟物質兩個方向。他希望，在基礎研究領域能做出更新穎的工作，使新發展的方向更系統，最終走向實用。

       來源：科學中國人 2016年第10期