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一种柔性同轴导线的制备方法技术

技术编号:19781411 阅读:34 留言:0更新日期:2018-12-15 12:13
本发明专利技术提供的一种柔性同轴导线,包括:导电芯和包裹在所述导电芯外表面的静电纺膜,所述导电芯的材料为柔性导电材料,所述静电纺膜的材料为柔性高分子绝缘材料。且该柔性同轴导线的柔性好、电导率高,且具有外部绝缘、超柔、超轻的特点;且柔性同轴导线的稳定性和人体贴合性极佳,以静电纺膜作为绝缘层,还使其具有优异的生物相容性,可以与皮肤直接贴合,在可穿戴电子的集成方面,例如,个人医疗监测、人体运动检测、人机互动、虚拟现实娱乐技术等方面,表现出广阔的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种柔性同轴导线及其制备方法
本专利技术涉及柔性可穿戴电子
,更具体地,涉及一种柔性同轴导线及其制备方法。
技术介绍
近年来,可穿戴电子设备发展快速,成为下一代电子产品开发的重要趋势。作为可穿戴电子设备的重要分支,柔性导线在可穿戴电子的集成化中起到了重要作用。可穿戴电子器件之间的导电连接线应具有一定机械柔性、高可弯折性、高耐久性、生物相容性、外部绝缘性、防水性等特点以实现其可穿戴的特性以及其在个体医疗、运动检测、人机互动、虚拟现实娱乐技术等方面的广阔应用。而传统基于金属导线的材料,由于其外部绝缘材料通常为较硬的树脂、塑料等,所以整体刚性较大;而且传统的导线不面向柔性可穿戴设备的应用,所以尺寸(直径)也较大。以上两点导致传统导线不便于和柔性电子器件贴合,无法满足柔性可穿戴电子设备集成的要求。目前直径在微米级的柔性导线主要包括三类:1.石墨烯和碳纳米管等通过湿法纺丝得到的表面不绝缘的导电芯;2.在柔性或可拉伸的纤维或高分子表面通过化学或物理的方法修饰上一层导电纳米材料;3.在较细的金属导线外部包裹一层绝缘材料。相较于传统材料,新型柔性导电线更加微型化,成为柔性可穿戴电子领域研究的热点。如何制备具有高导电性、高力学强度、超柔、超轻、防水、防漏电、生物兼容性的导线成为柔性可穿戴电子集成化应用面临的重要挑战。
技术实现思路
针对上述的技术问题,本专利技术提供一种柔性同轴导线及其制备方法。第一方面,本专利技术提供一种柔性同轴导线,包括:导电芯和包裹在所述导电芯外表面的静电纺膜,所述导电芯的材料为柔性导电材料,所述静电纺膜的材料为柔性高分子绝缘材料。其中,所述柔性导电材料包括:金属、碳材料或高分子导电材料;所述柔性高分子绝缘材料包括:人造高分子绝缘材料或天然高分子生物材料。其中,所述碳材料包括:石墨烯、碳纳米管或碳纤维;所述人造高分子绝缘材料包括:聚乙烯吡咯烷酮或聚环氧乙烷;所述天然高分子生物材料包括蜘蛛丝或蚕丝。其中,所述的柔性同轴导线,还包括:贴合在所述静电纺膜外表面的防水层。其中,所述的柔性同轴导线,还包括:与所述导电芯及所述静电纺膜相互贴合的功能层,所述功能层包括传感层、变色层、储能层和药物释放层中的一层或多层。第二方面,本专利技术提供一种制备柔性同轴导线的方法,包括:采用静电纺丝的方法将柔性高分子绝缘材料沉积在沿轴向旋转的导电芯上,以在所述导电芯的表面形成一层静电纺膜,且所述导电芯的材料为柔性导电材料。其中,所述制备柔性同轴导线的方法,还包括:在所述静电纺膜外表面进行疏水涂层后处理,以得到具有防水功能的柔性同轴导线。其中,所述制备柔性同轴导线的方法,还包括:将功能层的材料沉积在所述导电芯和所述静电纺膜之间,以在所述导电芯和静电纺膜之间形成功能层;且所述功能层包括传感层、储能层和药物释放层中的一层或多层。其中,所述制备柔性同轴导线的方法,还包括:将变色层的材料沉积在所述导电芯和所述静电纺膜之间;或者,将变色层的材料涂覆在所述静电纺膜的外表面,以得到具有变色功能的柔性同轴导线。其中,当静电纺膜的材料为蚕丝时,将所述柔性同轴导线置于100-280℃的惰性气氛下100-300分钟,以得到具有防水功能的柔性同轴导线。本专利技术提供的一种柔性同轴导线及其制备方法,通过在导电芯表面包覆一层静电纺膜,且该导电芯的材料采用柔性导电材料,该静电纺膜的材料采用柔性高分子绝缘材料,则得到的柔性同轴导线的柔性好、电导率高,且具有外部绝缘、超柔、超轻的特点;且柔性同轴导线的稳定性和人体贴合性极佳,以静电纺膜作为绝缘层,还使其具有优异的生物相容性,可以与皮肤直接贴合,可以作为医用缝合线,在可穿戴电子的集成方面,可以作为电子器件的连接线,其在个人医疗监测、人体运动检测、人机互动、虚拟现实娱乐技术等方面,表现出广阔的应用前景。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例提供的柔性同轴导线的绝缘层包覆方法示意图;图2为本专利技术实施例提供的柔性同轴导线的扫描电子显微镜图;其中(a)为柔性同轴导线的电镜图,插图为传统绝缘导线的电镜图;(b)和(c)为导电芯表面的进一步放大图;(f)为导电芯的材料为碳纳米管的拉曼谱图;(d)和(e)为导电芯表面的进一步放大图;(g)为柔性高分子绝缘层的材料为蚕丝的拉曼谱图;图3为本专利技术实施例提供的柔性同轴导线的电力性能测试图;其中(a)为柔性同轴导线的内部导电、外部绝缘的表征;(b)为导电芯在包覆静电纺膜前(实线)、后(虚线)的导电性能的测试结果图;(c)为导电芯在包覆静电纺膜前、后的力学性能的测试结果图;(d)为柔性同轴导线随拉伸程度增加所承受的应力和电流的变化图;图4为本专利技术实施例提供的柔性同轴导线的击穿电压的电流数据图,从0V开始加电压过程中(a)为时间-电流图,(a)中插图为未击穿时柔性导电与静电纺膜之间的电流数据图,(b)为电压-时间图;图5为本专利技术实施例提供的柔性同轴导线在包覆静电纺膜前、后,在不同湿度环境下电阻随时间的变化图;图6为本专利技术实施例提供的柔性同轴导线在不同拉伸情况下的导电性能变化图;以及柔性同轴导线在5000次快速拉伸循环中的导电性能变化图;图7为本专利技术另一实施例提供的柔性同轴导线在不同电压下的变色情况;图8为本专利技术实施例提供的柔性同轴导线的不同功能层的形貌图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本专利技术实施例中的附图,对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚地描述,显然,所描述的实施例是本专利技术一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本专利技术保护的范围。本专利技术实施例提供的柔性同轴导线,包括:导电芯和包裹在所述导电芯表面的静电纺膜,所述静电纺膜的材料为柔性高分子绝缘材料。其中,导电材料包含碳材料、导电塑料和导电橡胶。其中,高分子绝缘材料又称高分子电介质,用来隔离带电的或不同电位的导体,使电流能按一定方向流动的聚合物材料;其体积电阻率一般大于109Ω·cm。高分子材料绝大多数都具有优良的绝缘性、品种繁多、原料来源广泛、易于加工、性能可靠的优点,因此应用十分广泛。其中,静电纺丝是一种特殊的纤维制造工艺,聚合物溶液或熔体在强电场中进行喷射纺丝;在电场作用下,针头处的液滴会由球形变为圆锥形(即“泰勒锥”),并从圆锥尖端延展得到纤维细丝。这种方式可以生产出纳米级直径的聚合物细丝。具体地,采用柔性导电材料作为导电芯,以及采用柔性高分子绝缘材料作为静电纺膜,即采用柔性高分子绝缘材料作为绝缘层,并将该柔性高分子绝缘材料采用静电纺丝技术包覆在导电芯的外表面,以形成一层静电纺膜,则该柔性同轴导线的柔性好、电导率高、质量轻;且柔性同轴导线的稳定性和人体贴合性极佳,以静电纺膜作为绝缘层,还使其具有优异的生物相容性,可以与皮肤直接贴合,可作为医用缝合线;在可穿戴电子的集成方面,可作为电子器件的连接线;其在个人医疗监测、人体运动检测、人机互动、虚拟现实娱乐技术等方面,表现出广阔的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种柔性同轴导线,其特征在于,包括:导电芯和包裹在所述导电芯外表面的静电纺膜,所述导电芯的材料为柔性导电材料,所述静电纺膜的材料为柔性高分子绝缘材料。

【技术特征摘要】
1.一种柔性同轴导线,其特征在于,包括:导电芯和包裹在所述导电芯外表面的静电纺膜,所述导电芯的材料为柔性导电材料,所述静电纺膜的材料为柔性高分子绝缘材料。2.根据权利要求1所述的柔性同轴导线,其特征在于,所述柔性导电材料包括:金属、碳材料或高分子导电材料;所述柔性高分子绝缘材料包括:人造高分子绝缘材料或天然高分子生物材料。3.根据权利要求2所述的柔性同轴导线,其特征在于,所述碳材料包括:石墨烯、碳纳米管或碳纤维;所述人造高分子绝缘材料包括:聚乙烯吡咯烷酮或聚环氧乙烷;所述天然高分子生物材料包括蜘蛛丝或蚕丝。4.根据权利要求1所述的柔性同轴导线,其特征在于,还包括:贴合在所述静电纺膜外表面的防水层。5.根据权利要求1-4任一项所述的柔性同轴导线,其特征在于,还包括:与所述导电芯及所述静电纺膜相互贴合的功能层,所述功能层包括传感层、变色层、储能层和药物释放层中的一层或多层。6.一种制备权利要求1所述的柔性同轴导线的方法,其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员:张莹莹訚哲
申请(专利权)人:清华大学
类型:发明
国别省市:北京,11

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