一种具有高导电稳定性的柔性可拉伸电极及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种具有高导电稳定性的柔性可拉伸电极及其制备方法。该柔性可拉伸电极包括柔性可拉伸的绝缘基底及其表面的柔性可拉伸导体；柔性可拉伸导体包括可拉伸的弹性绝缘体、微纳米级导电颗粒与导电纳米线，导电颗粒的质量与弹性绝缘体的质量比为1:1

【技术实现步骤摘要】
一种具有高导电稳定性的柔性可拉伸电极及其制备方法


[0001]本专利技术涉及柔性电子
，尤其涉及一种具有高导电稳定性的柔性可拉伸电极及其制备方法。

技术介绍

[0002]近年来，随着物联网与可穿戴电子技术的发展，柔性电子器件已成为未来电子器件发展的主流趋势。
[0003]弹性是柔性中的一种，是指在外力作用下能够发生变形，并且当外力撤除时具有一定形状恢复能力。可拉伸电子器件是弹性电子器件中的一种，在外力作用下能够发生变形使长度增加，当外力撤除时具有一定形状恢复能力，在可穿戴电子设备中具有广阔的应用前景。
[0004]可拉伸导体是可拉伸电子器件中的关键部件，兼具机械可拉伸性能与导电性能。但是，实际应用中材料的可拉伸性能与导电性能往往很难兼顾。例如，金属通常具有优异的导电性，但是它的机械延展拉伸性较差；弹性体或者橡胶等软体材料通常具有良好的可拉伸性能，但是其导电性较差。
[0005]另外，在柔性电子器件中，为了保持导电稳定性，期望在拉伸过程中可拉伸导体的电阻变化率越小越好。但是，现有的可拉伸导体随着伸长率增加，其电阻变化率激增。例如，文献Applied Physics Letters 82，2404
‑
2406(2003)报道Au弹性电极材料伸长20％时电阻变化率达到700；文献Applied Physics Letters 98，153110(2011)报道将银电极直接打印在平整的PDMS上时，导体在伸长不到2％时电阻变化率超过10。

技术实现思路

[0006]针对上述技术问题，本专利技术旨在提供一种柔性可拉伸电极，拉伸过程中具有良好的导电稳定性。
[0007]为了实现上述技术目的，本专利技术人经过长期大量实验探索后发现，当导体的组份包括可拉伸的弹性绝缘体、导电颗粒与导电纳米线，其中导电颗粒与导电纳米线均匀分散在可拉伸的弹性绝缘体中形成导电网络时，控制导电颗粒的质量与弹性绝缘体的质量比为1:1
‑
2:1，导电纳米线的质量与弹性绝缘体的质量比为2:100
‑
10:100，不仅能够避免在拉伸过程中断裂，使伸长率达到30％以上，甚至达到60％，而且能够有效提高可拉伸导体的导电稳定性，使伸长率达到10％时电阻变化率小于3，甚至小于2；伸长率达到20％时电阻变化率小于20，甚至小于6；伸长率达到30％时电阻变化率小于75，甚至小于20。
[0008]本专利技术中，可拉伸导体拉伸之前的原始长度为L，在该原始长度条件下该导体的电阻为R0，拉伸后的长度为L
’
，拉伸后该导体的电阻为R
’
，导体伸长率ε＝(L
‑
L
’
)/L
×
100％，电阻变化率＝
△
R/R0＝(R
’
‑
R0)/R0。
[0009]即，本专利技术的技术方案为：一种具有高导电稳定性的柔性可拉伸电极，其特征是：包括柔性可拉伸的绝缘基底以及位于柔性可拉伸的绝缘基底表面的柔性可拉伸导体；
[0010]所述柔性可拉伸导体包括可拉伸的弹性绝缘体、导电颗粒与导电纳米线，导电颗粒与导电纳米线均匀分散在弹性绝缘体中；所述导电颗粒的粒径为微米级或者纳米级；
[0011]所述导电颗粒的质量与弹性绝缘体的质量之比为1:1
‑
2:1，优选为1.5:1
‑
2:1，更优选为2:1；
[0012]所述导电纳米线的质量与弹性绝缘体的质量之比为2:100
‑
10:100，优选为5:100
‑
10:100，更优选为10:100。
[0013]所述柔性可拉伸的绝缘基底由织物与高分子薄膜复合构成。作为一种实现方式，将高分子胶膜热压在织物上制得所述柔性可拉伸基底。作为优选，热压温度为140～170℃。所述织物材料不限，包括棉、麻、毛、丝绸、呢绒、纤维材料中的一种或几种。所述高分子薄膜材料不限，包括硅胶、聚二甲基硅氧烷、聚氨酯、橡胶、水凝胶、TPE、Ecoflex、POE中的一种或几种复合的材料以及以它们为基底包含掺杂材料的复合材料。
[0014]作为优选，所述导电颗粒的粒径为10nm
‑
100μm。
[0015]所述导电颗粒的材料不限，包括金属及合金，例如银、铜、镍、铝、银包铝、银包铜、银包镍等中的一种或几种，以及炭黑等。
[0016]作为优选，所述导电纳米线的长度为1
‑
30μm，径向尺寸为1
‑
30nm。
[0017]作为优选，所述导电纳米线的长度大于所述导电颗粒的粒径。
[0018]所述导电纳米线的材料不限，包括纳米金线、纳米银线、纳米铜线、碳纳米管、导电碳纤维中的一种或几种材料。
[0019]所述可拉伸的弹性绝缘体具有绝缘性与可拉伸的弹性。所述可拉伸的弹性绝缘体不限，包括硅胶、聚二甲基硅氧烷、聚氨酯(PU)、橡胶、水凝胶、SEBS、Ecoflex、聚烯烃弹性体(POE)中的一种材料或者几种的复合材料，以及以它们为基体材料、其中包含掺杂材料的复合材料。
[0020]本专利技术还提供一种制备该柔性可拉伸电极的方法，包括如下步骤：
[0021]将导电浆料涂覆、印刷在柔性可拉伸基底上，溶剂挥发后固化；
[0022]所述导电浆料的制备方法如下：
[0023]原料中加入稀释溶剂稀释均匀，得到稀释液；所述原料是聚合物单体，该聚合物单体聚合后形成可拉伸的弹性绝缘体；
[0024]在稀释液中加入导电纳米线与导电颗粒，分散均匀，得到混合液；
[0025]混合液中加入固化剂，使其中的聚合物单体发生聚合反应，然后涂覆、印刷在柔性可拉伸的绝缘基底上，其中的稀释剂挥发后固化成型。
[0026]本专利技术还提供另一种制备该柔性可拉伸电极的方法，包括如下步骤：
[0027]原料中加入稀释溶剂稀释均匀，得到稀释液；所述原料是聚合物，该聚合物即是可拉伸的弹性绝缘体；
[0028]在稀释液中加入导电纳米线与导电颗粒，分散均匀，得到混合液；
[0029]将混合液中涂覆、印刷在柔性可拉伸的绝缘基底上，其中的稀释剂挥发后固化成型。
[0030]上述两种制备方法中，在所述稀释液中，所述原料的质量百分含量为10％
‑
40％。
[0031]上述两种制备方法中，在稀释液中加入导电纳米线与导电颗粒，分散均匀得到混合液的过程中，作为优选，首先在稀释液中加入导电纳米线，分散均匀，然后加入导电颗粒
分散均匀。作为优选，采用超声分散，分散时间为3min～120min。
[0032]上述两种制备方法中，加热使稀释剂挥发，加热温度为40
‑
120℃。
[0033]上述两种制备方法中，作为优选，固化成型后进行高温热处理，热处理温度优选为150
‑
180℃。
[0034]上述两种制备方法中，所述的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有高导电稳定性的柔性可拉伸电极，其特征是：包括柔性可拉伸的绝缘基底以及位于柔性可拉伸的绝缘基底表面的柔性可拉伸导体；所述柔性可拉伸导体包括可拉伸的弹性绝缘体、导电颗粒与导电纳米线，导电颗粒与导电纳米线均匀分散在弹性绝缘体中；所述导电颗粒的粒径为微米级或者纳米级；所述导电颗粒的质量与弹性绝缘体的质量比为1:1
‑
2:1；所述导电纳米线的质量与弹性绝缘体的质量比为2:100
‑
10:100。2.如权利要求1所述的柔性可拉伸电极，其特征是：所述柔性可拉伸的绝缘基底由织物与高分子薄膜复合构成；作为优选，所述柔性可拉伸的绝缘基底由高分子薄膜热压在织物上构成；作为优选，热压温度为140～170℃；作为优选，所述织物包括棉、麻、毛、丝绸、呢绒、纤维材料中的一种或几种；作为优选，所述高分子薄膜材料包括硅胶、聚二甲基硅氧烷、聚氨酯、橡胶、水凝胶、TPE、Ecoflex、POE中的一种或几种复合的材料以及以它们为基底包含掺杂材料的复合材料。3.如权利要求1所述的柔性可拉伸电极，其特征是：所述导电颗粒的质量与弹性绝缘体的质量比为1.5:1
‑
2:1，优选为2:1。4.如权利要求1所述的柔性可拉伸电极，其特征是：所述导电纳米线的质量与弹性绝缘体的质量比为5:100
‑
10:100，优选为10:100。5.如权利要求1所述的柔性可拉伸电极，其特征是：所述导电颗粒的粒径为10nm
‑
100μm。6.如权利要求1所述的柔性可拉伸电极，其特征是：所述导电颗粒包括金属以及炭黑；所述金属包括银、铜、镍、铝、银包铝、银包铜、银包镍、银纳米线中的一种或几种。7.如权利要求1所述的柔性可拉伸电极，其特征是：所述导电纳米线的长度为1
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30μm，径向尺寸为1
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30nm。8.如权利要求1所述的柔性可拉伸电极，其特征是：所述导电纳米线的长度大于所述导电颗粒的粒径。9.如权利要求1所述的柔性可拉伸电极，其特征是：所述可拉伸的弹性绝缘体包括硅胶、聚二甲基硅氧烷、聚氨酯、橡胶、水凝胶、SEBS、Ecoflex、POE中的一种材料或者几种的复合材料，以及以它们为基体材料，其中包含掺杂材料的复合材料。10.如权利要求1所述的柔性可拉伸电极，其特征是...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴振广，余建平，刘宜伟，李润伟，
申请(专利权)人：浙江工研院发展有限公司，
类型：发明
国别省市：