柔性混合电子是集成不可拉伸高性能无机电子与可拉伸材料/结构的柔性电子器件,已在生物医疗、人机交互、航空航天等领域展现出巨大前景。其应用场景主要位于生物器官、机器人、飞行器等复杂曲面,通过转印工艺实现与目标曲面的集成。然而由于平面与曲面间几何失配的存在,柔性混合电子器件与复杂曲面的集成面临共形贴合困难、局部损伤失效、测量结果耦合等挑战。本论文通过建立薄膜曲面共形力学模型,提出了包含稳定共形条件、应用场景约束和局部失效判据三个层面的柔性混合电子共形设计准则,并进一步设计制造了复杂曲面主曲率测量传感器。本文主要研究工作和创新之处在于:1)建立了薄膜与复杂曲面的共形力学模型。采用曲面的主曲率比作为无量纲形状参数,改进了复杂曲面区域分类方法,并利用双主曲率曲面对分类区域进行统一描述,解决了复杂曲面建模和边界条件描述的难题。建立了薄膜与双主曲率曲面共形力学模型,采用傅里叶级数展开方法对复杂边界条件下曲面基底的边值问题进行求解,给出了基底位移场和能量的级数形式解,为后续共形准则和失效判据的提出提供了理论基础。2)提出了柔性器件的共形判定准则。通过无量纲处理将柔性器件与曲面基底的共形状态转变为7个独立无量纲参数的函数,并利用曲面软硬程度和“可展”程度因子,对共形问题进行了分类简化。系统研究了器件长宽比、厚宽比及器件与曲面模量比等对整体共形的影响规律,求解了各参数的共形设计窗口。将柔性器件与人体和飞行器集成的应用需求作为特异性约束,融入共形设计中,确保共形准则更符合电子器件实际应用需求。3)建立了柔性器件共形过程中的局部失效判据。研究了上述无量纲参数对器件共形应变的影响,预测了器件与复杂曲面共形过程中可能出现的局部失效模式及失效位置。建立了器件与曲面基底系统临界失稳力学模型,求解了器件局部起皱和屈曲分层失效临界应变,为柔性器件的优化设计提供了指导。对不同形状薄膜与复杂曲面间的共形行为进行评估,给出了其对应共形特征长度,拓宽了共形设计理论的适用范围。4)提出了超薄结构和复杂曲面的柔性传感器共形测量方法。考虑传感器共形测量带来的影响,建立了柔性传感器与柔性器件的弯曲力学模型,提出了柔性器件弯曲应变测量修正方法,使厚度为150μm的PI薄膜和厚度为125μm的ITO薄膜的应变测量误差分别降低了27%和16%。针对传感器与复杂曲面贴合时的变形耦合问题,提出了应变解耦测量方法,并基于这一方法,制备了柔性主曲率传感器,实现了复杂曲面主曲率及主方向的测量。