具有拉伸和温度感知的超薄透气柔性蝶形天线及制备方法技术

本发明专利技术公开了一种具有拉伸和温度感知的超薄透气柔性蝶形天线及制备方法，在碳纳米管溶液得到导电聚合物A旋涂于PI薄膜上烘干固化，得到柔性导电薄膜；将柔性导电薄膜通过激光切割得到柔性蝶形天线导体层；柔性蝶形天线导体层附到多孔热塑聚氨酯薄膜纤维薄膜上热压，得到转印在多孔聚氨酯透气纤维薄膜上的蝶形天线导体层；在蝶形结构表层覆盖一层多孔热塑聚氨酯纤维薄膜，二次热压，得到透气柔性蝶形天线。本发明专利技术实现导电通路从纳米到微米尺度的跨越，保证导体在毫米尺度下的导电连续性和天线导体与透气介质稳定键合。制备的天线具有传感功能，能实现对拉伸应变和温度感知，适用于可穿戴电子设备和皮肤集成的柔性电子。于可穿戴电子设备和皮肤集成的柔性电子。于可穿戴电子设备和皮肤集成的柔性电子。

【技术实现步骤摘要】
具有拉伸和温度感知的超薄透气柔性蝶形天线及制备方法


[0001]本专利技术属于柔性电子及微波射频器件领域，特别是一种具有拉伸应变和温度感知功能的超薄柔性透气蝶形天线。

技术介绍

[0002]随着人工智能、人机交互、健康监测等领域的快速发展，柔性电子技术成为了这些应用场景重要的技术手段，而作为柔性电子的无线终端——天线，是整个电子设备上的关键部件，在信号传输、供电、甚至传感等方面具有重要作用。尤其对于健康监测，目前具有可弯曲、拉伸的柔性天线已经得到广泛研究，但是为了适应实际人体穿戴需求这类天线普遍存在两个致命的缺陷：(1)其中天线导体结构都是被封装在具有弹性的硅胶或者有机弹性树脂来保证它们的高延展性，但是它们内部密致的分子链式结构形成了较差的透气性能，从而在设备长时间紧凑穿戴过程中可能造成人体不适，甚至引起严重的皮肤炎症；(2)因为柔性器件需要与皮肤紧密贴合，皮肤具有水汽、汗液挥发的化学环境导致传统的天线金属导体容易被氧化，并且传统铜金属导体延展性较差，导致天线不容易贴合。此外，对于常见的透气织物天线，因为织物周期的纹波结构，导致金属难以与织物基体紧密贴合，并且需要复杂的工艺和昂贵的设备才能保证织物天线的加工，因此，编织天线也很难满足人体高性能穿戴天线的需要。
[0003]综上，为了解决传统天线的透气性能缺失和柔性导体容易被氧化的问题，结合超薄透气介电层和具有柔性的非金属导电材料的定制化结构，开发具有高透气性能、同时能够抵抗人体化学环境侵蚀的柔性天线是很有必要的，从而实现柔性天线在不干扰人体正常活动情况下长时间的佩戴，为下一代皮肤电子提供新途径。

技术实现思路

[0004]为解决现有技术中存在的上述缺陷，本专利技术的目的在于提供一种具有拉伸应变和温度感知的超薄透气柔性蝶形天线及其制备方法，该方法通过混合掺杂制备柔性复合导电薄膜，利用纳米激光切割天线蝶形结构，采用无束缚转印蝶形结构，利用热压方法实现柔性天线一体化封装。制备的柔性透气天线具有一定的传感功能，能实现对拉伸应变和一定范围内的温度感知，适用于可穿戴电子设备和皮肤集成的柔性电子。
[0005]本专利技术是通过下述技术方案来实现的。
[0006]本专利技术一方面，提供了一种具有拉伸和温度感知的超薄透气柔性蝶形天线的制备方法，包括以下步骤：
[0007]S1，柔性导体制备：
[0008]按照质量比(5～10)：(2～5)在碳纳米管溶液中加入微米空心银球，得到混合溶液，按照质量比1：(0.6～1)将混合溶液与聚乙烯醇水溶液混合，离心搅拌、真空抽滤，得到导电聚合物A；将导电聚合物A旋涂于PI薄膜上，烘干固化，得到柔性导电薄膜；
[0009]S2，蝶形结构切割：
[0010]将步骤S1制备的柔性导电薄膜通过真空吸附在蝶形玻璃载板上，通过调整紫外光的功率和切割速度进行循环切割，通过激光烧蚀玻璃载板上的柔性导电薄膜，剥掉残留的导电薄膜，得到表面覆有PI导体支撑基体的柔性蝶形天线导体层；
[0011]S3，天线导体转印：
[0012]将覆有PI导体支撑基体的柔性蝶形天线导体层附到多孔热塑聚氨酯薄膜纤维薄膜上，置于热压机下热压，得到转印在多孔聚氨酯透气纤维薄膜上的覆有PI柔性蝶形天线导体层；
[0013]S4，天线封装：
[0014]去离子水冲洗转印好的天线导体，低温烘干，在得到的蝶形结构表层覆盖一层多孔热塑聚氨酯纤维薄膜，二次热压，得到透气柔性蝶形天线。
[0015]作为优选，所述碳纳米管溶液的质量分数为5mg/mL。
[0016]作为优选，所述聚乙烯醇水溶液的质量浓度为5～15％。
[0017]作为优选，所述离心搅拌0.5～1.5h，真空抽滤30～60min。
[0018]作为优选，以500～1000r/min的转速旋涂10～30s；将旋涂好的导电聚合物A薄膜置于600
‑
900℃烘台上加热0.5～2h。
[0019]作为优选，所述蝶形结构切割，将设计的蝶形结构数字文件导入纳秒激光器内，将制备的柔性复合薄膜通过真空吸附在激光刻蚀平台上，将固定好柔性导电薄膜的载玻片置于紫外激光器下，输入预先设计的结构轮廓，通过调整紫外光的功率和切割速度进行循环切割。
[0020]作为优选，紫外光的功率至3～5W和切割速度100～600mm/min进行1～5次循环切割。
[0021]作为优选，通过水溶性胶带胶面去粘黏制备完整的覆有PI柔性蝶形天线导体层，将其转移到水溶胶带上。
[0022]作为优选，所述热压机在100～120kPa力和100～120℃条件下热压5～15s；所述二次热压在60～90kPa力和100～120℃条件下热压5～15s。
[0023]本专利技术另一方面，提供了所述方法制备得到的具有拉伸和温度应变的超薄透气柔性蝶形天线。
[0024]本专利技术由于采取以上技术方案，其具有以下有益效果：
[0025]本专利技术超薄柔性透气蝶形天线，通过混合掺杂制备柔性复合导电薄膜，利用纳米激光切割天线蝶形结构，采用无束缚转印蝶形结构至透气薄膜上，利用热压方法实现柔性天线一体化封装。复合导电薄膜是通过碳纳米管与微银球掺杂制备，有利于导电通路从纳米到微米尺度的跨越，从而能够保证导体在毫米尺度下的导电连续性；另外利用低成本的多孔聚氨酯纤维薄膜可以极大地降低生产成本，并能保证天线导体与透气介质稳定键合。由于制备方法简单、材料便宜，所以本专利技术提出的设计与方法有益于加快透气天线在柔性表皮电子领域的应用。
附图说明
[0026]此处所说明的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本专利技术的不当限定，在附图中：
[0027]图1是本专利技术中透气蝶形柔性天线结构示意图；
[0028]图2是本专利技术中透气的热塑性聚氨酯扫描电镜图；
[0029]图3a、图3b是本专利技术中天线导体扫描电镜图，图3a是对应的银球电镜图，图3b是对应的碳纳米管电镜图；
[0030]图4是本专利技术中透气蝶形柔性天线制备流程图；
[0031]图5是本专利技术中透气蝶形柔性天线测试的拉伸应变传感性能曲线；
[0032]图6是本专利技术中透气蝶形柔性天线测试的温度传感性能曲线。
具体实施方式
[0033]下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本专利技术，在此本专利技术的示意性实施例以及说明用来解释本专利技术，但并不作为对本专利技术的限定。
[0034]参考图1所示，本专利技术实施例提供的一种具有拉伸应变和温度感知功能的超薄柔性透气蝶形天线，包括：顶层和底层多孔聚氨酯透气纤维薄膜1和4，中间柔性蝶形天线导体层2和导体支撑基体聚酰亚胺层3。
[0035]本实例中，天线的透气性能是由多孔聚氨酯透气纤维薄膜1和4实现的，其扫描电镜如参考图2所示。另外，抗氧化的柔性蝶形天线导体2是由银微球和碳纳米管聚合物激光雕刻得到的，其扫描电镜图如参考图3a和图3b分别所示。尽管银的导电性很好，但是微米尺度的银球很难保证制备的薄膜紧密粘黏，同本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.具有拉伸和温度感知的超薄透气柔性蝶形天线的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1，柔性导体制备：按照质量比(5～10)：(2～5)在碳纳米管溶液中加入微米空心银球，得到混合溶液，按照质量比1：(0.6～1)将混合溶液与聚乙烯醇水溶液混合，离心搅拌、真空抽滤，得到导电聚合物A；将导电聚合物A旋涂于PI薄膜上，烘干固化，得到柔性导电薄膜；S2，蝶形结构切割：将步骤S1制备的柔性导电薄膜通过真空吸附在蝶形玻璃载板上，通过调整紫外光的功率和切割速度进行循环切割，通过激光烧蚀玻璃载板上的柔性导电薄膜，剥掉残留的导电薄膜，得到表面覆有PI导体支撑基体的柔性蝶形天线导体层；S3，天线导体转印：将覆有PI导体支撑基体的柔性蝶形天线导体层附到多孔热塑聚氨酯薄膜纤维薄膜上，置于热压机下热压，得到转印在多孔聚氨酯透气纤维薄膜上的覆有PI柔性蝶形天线导体层；S4，天线封装：去离子水冲洗转印好的天线导体，低温烘干，在得到的蝶形结构表层覆盖一层多孔热塑聚氨酯纤维薄膜，二次热压，得到透气柔性蝶形天线。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述碳纳米管溶液的质量分数为5mg/mL。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述聚乙烯醇水溶液的质量浓度为5～15％。4.根据权利要求1所述的制备方...

【专利技术属性】
技术研发人员：高立波，徐洪成，秦宇鑫，郑维昊，王卫东，陆洋，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：