一种可拉伸、低电阻变化的导电纤维的制备方法技术

本发明专利技术公开的一种可拉伸、低电阻变化的导电纤维的制备方法包括以下步骤：将聚二甲基硅氧烷滴加到水面上，加热处理，然后从水的表面剥离出聚二甲基硅氧烷薄膜，从而制备出聚二甲基硅氧烷薄膜；用金属蒸镀仪在所述聚二甲基硅氧烷薄膜上蒸镀金属膜，作为导电层；把负载有金属膜的聚二甲基硅氧烷薄膜平铺在基片上，卷曲起来制备成所述导电纤维。导电纤维，具有可拉伸、低电阻变化的特点，且制备方法简单、制备条件温和，对柔性电极以及柔性电子的进一步开发、推广具有深远意义。

【技术实现步骤摘要】
一种可拉伸、低电阻变化的导电纤维的制备方法
本专利技术涉及柔性电子、传感等领域，尤其涉及可拉伸电极和导体制备的领域，具体涉及一种可拉伸、低电阻变化的导电纤维的制备方法。
技术介绍
近年来，可拉伸器件引起了人们的广泛关注。可拉伸器件是柔性器件进一步发展的趋势，并具有很大的市场。可拉伸器件在人机交互导向的可穿戴设备、智能健康监测、柔性机器人、能源存储领域的大量需求下有了飞速的发展。这些器件改变了人们对于医疗和健康领域的认知和行为方式，同时也促进了仿生机器人的发展，更是开拓了柔性能源存储设备的市场。目前，在柔性电子领域萌生出了大量的柔性传感器，例如柔性压力传感器、柔性拉力传感器等，同时也催生了柔性超级电容器、柔性电池等设备。在这些器件中，可拉伸电极在其中的电子元件中扮演了一个至关重要的角色。比如说在柔性超级电容器和柔性电池中，可拉伸电极用来收集电流；在柔性传感器中，可拉伸电极用来贴服在人体皮肤表面或者组织内部来收集生理信号等。在实际应用中我们为什么要使电极可拉伸？比如在当我们用植入电极测量心脏或者其他器官的电信号时，心脏是在不停跳动的，所以心脏的表面会一直持续有形变的产生。这个时候我们想要电极能够很好的贴服在心脏表面，就必须赋予电极的可拉伸性。如果电极是刚性的，那么将会对心脏和组织器官造成损伤。在这种情况下，在电极有形变的时候还能够保持电极的导电性是我们需要去解决的问题。可拉伸电极在被拉伸时由导电转换到不导电时，这个拉伸的点是电极的突变点。目前来说，用柔性弹性作为基底来制备的可拉伸电极中，最大的拉伸突变可以高达13倍的拉伸长度。其中常用的柔性基底有聚二甲基硅氧烷(PDMS)等高分子弹性体，常用的导电材料有金属，碳材料和一些导电高分子如聚吡咯等。然而，导电材料通常是刚性材料，比如说金的最大的抗拉强度只有百分之五。所以在有些策略中把导电材料制备成弯曲状或者弹簧状，然后负载在柔性基底上来实现可拉伸。但是这种方法制备的柔性可拉伸电极只能从器件的两端去拉伸，导电材料本质上还是刚性材料。如果电极在微米尺度局部受力或者某个单元受力，电极的导电材料将会破损。面对这些问题，通过网络微结构和微裂纹结构的策略会把拉伸的应力通过裂纹来释放，这样就能解决电极局部受力的问题。但是，在实际应用中，金属膜在拉伸时产生微裂纹会造成电阻的大幅增大，会对电极收集信号产生影响。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供本专利技术的目的在于提供一种可拉伸、低电阻变化的导电纤维的制备方法，解决上述现有技术问题中的一个或者多个。本专利技术结合了高分子弹性体自身的特性和导电纳米薄膜的特性，利用纤维螺旋状结构自身具有的层层自我封装的特点，设计了一种工艺简单的制备可拉伸导电纤维的方法。本专利技术中的聚二甲基硅氧烷的英文缩写是PDMS，其PDMS单体从西格玛奥德里奇(上海)贸易有限公司购买。本专利技术提供一种可拉伸、低电阻变化的导电纤维的制备方法包括以下步骤：S1、将聚二甲基硅氧烷滴加到水面上，加热处理，然后从水的表面剥离出聚二甲基硅氧烷薄膜，从而制备出聚二甲基硅氧烷薄膜；S2、用金属蒸镀仪在所述聚二甲基硅氧烷薄膜上蒸镀金属膜，作为导电层；S3、把负载有金属膜的聚二甲基硅氧烷薄膜平铺在基片上，卷曲起来制备成所述导电纤维。该方法制备的导电纤维的拉伸性等同于聚二甲基硅氧烷的性质，可以拉伸100％以上。在一些实施方式中，步骤S1中加热处理的温度为60℃，时间为2h。在一些实施方式中，步骤S1得到的聚二甲基硅氧烷薄膜的厚度为10～20μm。优选的，聚二甲基硅氧烷薄膜的厚度为10μm。在一些实施方式中，步骤S2中蒸镀的金属膜为金膜。在一些实施方式中，步骤S2中蒸镀的金属膜的厚度为40～120nm。优选的金属膜的厚度为60nm。在一些实施方式中，步骤S2中蒸镀的方法为，以金属颗粒为蒸镀原材料，蒸镀真空度为2.0×10-6Torr，蒸镀速率为托盘旋转速度为30rpm。在一些实施方式中，步骤S3中的基片为硅片、蓝宝石片、聚合物塑料片中的一种。其中，聚合物塑料片包括PTFE塑料片、POM塑料片或者PE塑料片。优选的，基片为硅片。在一些实施方式中，聚二甲基硅氧烷的制备方法包括以下步骤：A1、将聚二甲基硅氧烷单体和交联剂以质量比10:1混合，并进行搅拌；A2、将所述步骤A1中混合均匀聚二甲基硅氧烷放置在真空干燥器中去除气泡，温度为室温，抽真空时间为30min左右。在一些实施方式中，导电纤维直径为350～800μm。优选的，导电纤维直径为400μm。其中，对于直径在400μm左右的导电纤维，其电阻大约为50欧姆每厘米。该导电纤维在拉伸50％的拉伸长度时，电阻增大50％左右；当纤维被拉伸至100％时，电阻增大3倍左右。说明，该导电纤维被拉伸后，电阻变化低。在一些实施方式中，步骤S3中的卷曲方法为，把蒸镀上金属膜的PDMS薄膜平铺在封口胶布上，然后把PDMS薄膜切割成长方形，由PDMS膜的一个边开始卷曲，以螺旋卷曲的方式把PDMS薄膜卷成纤维状可拉伸电极，并把金膜卷曲在PDMS膜的内层，达到封装的效果，并在纤维电极的两端涂上液态金属，连接线路。其中，液态金属为共晶镓-铟的液态金属，从西格玛奥德里奇(上海)贸易有限公司购买。有益效果：1、本专利技术的实施例是利用金属微纳米网络结构制备的可拉伸电极，可以克服传统可拉伸电极在局部受力时，容易破坏的问题；2、本专利技术的实施例利用了纤维螺旋结构，具有层层封装的效果，可以有效的抑制金纳米薄膜在拉伸时产生微裂纹的延展，从而可以保持良好导电性；3、本专利技术的实施例的可拉伸纤维电极把金属导电层封装在高分子薄膜内部，有效的保护金属导电层，保持该纤维的使用稳定性和高重复使用性；4、本专利技术的实施例制备的可拉伸、低电阻变化的导电纤维，制备方法简单、制备条件温和，对柔性电极以及柔性电子的进一步开发、推广具有深远意义。附图说明图1为本专利技术一实施方式中导电纤维的实物图；图2为本专利技术一实施方式中导电纤维在被拉伸50％时的金膜微裂纹的显微镜图；图3不同直径的导电纤维的显微镜图；图4普通负载了金膜的聚二甲基硅氧烷薄膜和导电纤维在被拉伸50％时电阻变化对比图；图5比较例制备的负载有金膜的聚二甲基硅氧烷薄膜的实物图；图6比较例中普通负载了金膜的聚二甲基硅氧烷薄膜在被拉伸50％时的金膜微裂纹的显微镜图。具体实施方式下面结合说明书附图，对本专利技术进行进一步详细的说明。实施例1：一种可拉伸、低电阻变化的导电纤维的制备方法包括以下步骤：α1、PDMS薄膜的制备：首先把PDMS单体和交联剂以10:1的质量比例加以混合，搅拌5min，混合均匀的PDMS放置在真空干燥器里除气泡，然后在直径为18cm的培养皿中倒入适量去离子水，把除了气泡的PDMS滴加数滴在去离子水的表面，最后把培养皿放置60℃烘箱，2h后，可以把PDMS薄膜从水面剥离出来，通过调整滴加PDMS的量，可以制备不同厚度的薄膜。通过滴加25μL的PDMS,制备的薄膜厚度大概在10μm。α2、导电层的制备：把PDMS薄膜从水面剥离以后，放置60℃烘箱烘干30min以除去PDMS表面上的去离子水，然后放置在热蒸镀仪的托盘之上。热蒸镀的条件为：以金颗粒为蒸镀原材料，蒸镀真空度为2.0×10-6Torr,蒸镀速率为托盘旋转速度为30rpm，蒸镀时间为1333s，蒸镀本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可拉伸、低电阻变化的导电纤维的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、将聚二甲基硅氧烷滴加到水面上，加热处理，然后从水的表面剥离出聚二甲基硅氧烷薄膜，从而制备出聚二甲基硅氧烷薄膜；S2、用金属蒸镀仪在所述聚二甲基硅氧烷薄膜上蒸镀金属膜，作为导电层；S3、把负载有金属膜的聚二甲基硅氧烷薄膜平铺在基片上，卷曲起来制备成所述导电纤维。

【技术特征摘要】
1.一种可拉伸、低电阻变化的导电纤维的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、将聚二甲基硅氧烷滴加到水面上，加热处理，然后从水的表面剥离出聚二甲基硅氧烷薄膜，从而制备出聚二甲基硅氧烷薄膜；S2、用金属蒸镀仪在所述聚二甲基硅氧烷薄膜上蒸镀金属膜，作为导电层；S3、把负载有金属膜的聚二甲基硅氧烷薄膜平铺在基片上，卷曲起来制备成所述导电纤维。2.根据权利要求1所述的一种可拉伸、低电阻变化的导电纤维的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中加热处理的温度为60℃，时间为2h。3.根据权利要求1所述的一种可拉伸、低电阻变化的导电纤维的制备方法，其特征在于，所述步骤S1得到的聚二甲基硅氧烷薄膜的厚度为10～20μm。4.根据权利要求1所述的一种可拉伸、低电阻变化的导电纤维的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中蒸镀的金属膜为金膜。5.根据权利要求1所述的一种可拉伸、低电阻变化的导电纤维的制备方法，其特征在于，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：张伟娜，霍峰蔚，张波，王彧，肖更午，李盛，张所瀛，
申请(专利权)人：南京工业大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32