一种适用于高拉伸耐用的柔性导电材料制造技术

本发明专利技术属于电子材料技术领域，具体而言，涉及一种适用于高拉伸耐用的柔性导电材料

【技术实现步骤摘要】
一种适用于高拉伸耐用的柔性导电材料、制备方法及应用


[0001]本专利技术属于电子材料
，具体而言，涉及一种适用于高拉伸耐用的柔性导电材料
、
制备方法及应用
。

技术介绍

[0002]随着社会的进步和科技的发展，健康监控和医疗设备的小型化
、
移动化和智能化成为趋势
。
其中与人体健康密切相关的心电监控
、
肌电测量和反馈
、
脑电测量等设备的智能化和可穿戴化受到越来越多的关注
。
近几年随着远程健康监控概念的普及，加上近年来呼吸道传染病毒肆虐，使得的人们对自身健康更加关注，对拥有可以进行远程健康监控和医疗诊断上的可穿戴柔性电子产品的需求更加迫切
。
由此出现了将传统电路电极和服装面料进行整合，赋予传统织物更多的功能性的探索和相应的产品开发
。
[0003]柔性导电材料因其具有的可拉伸
、
可弯折的特性被认为是柔性电子产品及可穿戴衣物的关键核心材料
。
主要用于制造柔性电路和柔性电极，承担接受电信号和传导电信号的作用
。
已有一些关于新型柔性导电材料用于柔性可穿戴电子的相关报道
。
传统的柔性导电材料是在
PDMS
或
TPU
里加入金属类和碳类的导电颗粒制备而成，然后大部分材料的电阻随拉伸形变的增加快速增大，在
30
％的拉伸比时电阻已经大于
100/>欧姆，且水洗的可靠性并没有实验数据
。
此外，杜邦
US20190292383A1
专利申请报道了一种可拉伸可水洗的印刷导电浆料，在
40
％拉伸时的电阻接近
100
欧姆，但当其超过
60
％拉升时电阻已经超过
500
欧姆
。
杜邦公司在
2018
年也推出了一系列品牌名为“Intexar”的商业化产品，并成功应用于加热服饰
、
心率监测运动服饰和心电图监测服饰等
。
[0004]根据文献报道，人体皮肤的拉伸行为一般在
20
％以内，四肢关节部位的拉伸变形则约为
60
％，这一拉伸比例已经超出常规柔性导电材料的长期使用范围，于是液态金属作为可穿戴应用的柔性电路的研究日益增加
。
如今常用的液态金属一般多为镓
Ga、
铟
In
和其它金属的合金材料，因为其熔点可调节在常温及以下并在常温时呈现液态，因此被称为液态金属
。
然后镓
Ga
极其容易被氧化，而且形成的氧化层致密且绝缘，因此在采用液态金属制作柔性电路时需要特殊处理
。
如
2019
年在
《Frontiers in Materials》
的综述报道里，多次提到采用液态
PDMS
封装液态金属制成的导线线路，以防止液态金属氧化和磨损
。
然后封装工艺的实现，要么需要使用特殊的工装设备，要么需要经过比较复杂的工艺流程，这些都在一定程度上限制了使用液态金属制备柔性电路
。
[0005]近几年也有多篇文献报道利用超声技术使液态金属形成微球并预先在溶液中添加表面活性剂或反应性单体，形成具有核壳结构的“抗氧化层
‑
液态金属”微球，然后通过离心沉降分离出上述微球，把微球加入
PDMS
中制备可拉伸的柔性导电材料
。
通过这一方法制备的柔性导电材料，可耐受反复拉伸，即使拉伸比在
60
％时导电阻性能依旧良好
。
不过繁杂的操作步骤不仅增加了液态金属微球的制造成本，也限制了液态金属微球的广泛应用
。
[0006]在柔性电极的制造和应用上，无论是临床医疗中广泛使用的
Ag/AgCl
电极
、
金属夹具电极
、
吸盘式电极和水凝胶电极贴片，还是保健领域使用的导电橡胶和导电纱线织物，在
实现设备可穿戴化上都有着很多难以克服的问题
。
[0007]对
Ag/AgCl
电极和金属夹具电极，在使用过程中一般会配以一次性导电膏或导电液用于降低和人体皮肤的接触电阻，以获得准确可靠的电信号
。
然后因为体积难以缩小和导电膏或导电液的不适感，很难实现电子设备的可穿戴应用
。
吸盘式电极由于真空空腔的设计，也难以实现体积的进一步缩小
。
导电橡胶为了保持材料的弹性，一般本体电阻过高，同时由于和人体皮肤亲和性不佳，因而产生较高的界面电阻，最终影响电信号采集的准确性和稳定性
。
导电纱线织物和水凝胶电极是目前被认为最有可能在柔性电子和可穿戴织物上采用的两种材料
。
然而导电纱线织物存在接触电阻过高和复杂电路裁减成本高的问题，而水凝胶贴片电极存在多次使用后粘性和导电性大幅下降和长期佩带刺激皮肤的问题，都使得它们在真正实现电路电极柔性化和可穿戴上受到不小的限制
。
已有一些关于新型柔性导电材料用于柔性电极制造的相关报道
。
比如中国专利
CN216854686U
报道一种由
AgCl
和石墨烯导电浆料通过丝网印刷技术植被的多层柔性电极，以及其再心电贴片上的应用
。
中国专利
CN116024696A
公开了一种
MXene/TPU
导电纤维的制备方法，以及由此制备
PDA@MXene/TPU
弹性纤维电极的方法
。
中国专利
CN113611437A
报道了由水溶性聚合物作为掺杂物和导电聚合物共混制备的全透明薄膜电极的制备方法
。
然而现有这些报道中，仍未能有效的给出导电材料的重复拉伸和多次机洗洗涤后的导电性能变化，并给出可用于柔性可穿戴电子应用的导电材料的电阻阈值
。
[0008]为此，我们提出了一种适用于高拉伸耐用的柔性导电材料
、
制备方法及应用，以解决以上的问题
。

技术实现思路

[0009]针对现有技术的不足和潜在的问题，本专利技术的目的在于提供一种反复拉伸比高
、
可耐受多次洗涤的柔性导电材料的组成
、
制备方法和潜在应用
。
所述的柔性导电材料具有低电阻率
、
优异的重复拉伸性能和耐受多次机洗洗涤等特性
。
柔性导电材料可根据具体需求采用诸如印刷
、
点胶和涂布等工艺实现复杂电路和电极的制备，并使用现有服装成型工艺整合成柔性可穿戴电子及织物产品
。
本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种适用于高拉伸耐用的柔性导电材料，其特征在于，由以下原料制备而成：5～
35wt
％的液态金属
、30
～
75wt
％的导电颗粒或碳材料
、5
～
30wt
％的弹性体基体
、0.1
～
5wt
％的添加剂
。2.
根据权利要求1所述的一种适用于高拉伸耐用的柔性导电材料，其特征在于，所述液态金属为镓，或镓铟锡合金，或镓铟锡和铝
、
铊
、
铅
、
铋
、
锌
、
铜
、
锗
、
锑的合金，且所述液态金属的熔点低于
40
度
。3.
根据权利要求2所述的一种适用于高拉伸耐用的柔性导电材料，其特征在于，所述液态金属为
Ga
75.5
In
24.5
、Ga
62.5
In
21.5
Sn
16
、Bi
35
In
48.6
Sn
16
Zn
0.4
、GaIn
15
Sn
13
Zn1、GaSn
60
In
10
、GaZn
16
In
12
、Ga75 In25、GaZn
16
In
12
、GaSn8、GaIn
25
Sn
13
、Ga
69.8
In
17.6
Sn
12.6
、GaIn
29
Zn4、GaSn
12
、GaZn5中的一种
。4.
根据权利要求1所述的一种适用于高拉伸耐用的柔性导电材料，其特征在于，所述导电颗粒为
Au、Ag、Ni、Cu、Al、Zn、Sn、Ti、Bi、Pb、W、In、Ga
以及其中两种或者更多种的合金的导电颗粒；所述碳材料为碳粉
、
石墨粉
、
石墨烯粉体
、
纳米石墨片
、
碳纤维粉以及其中两种或者更多种的碳粉复合粉体
...

【专利技术属性】
技术研发人员：李肖丽，
申请(专利权)人：成都科威尔博新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：