本發(fā)明涉及可拉伸電子器件領(lǐng)域，具體涉及一種基于雙軸預(yù)拉伸的可拉伸電極制備方法。

背景技術(shù)：

隨著科技水平的不斷提高，人們希望通過電子設(shè)備隨時(shí)對(duì)自己的身體狀況進(jìn)行更好的監(jiān)測(cè)，如運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，呼吸狀況，體溫和血壓等各項(xiàng)身體和生理指標(biāo)?；谶@樣的需求和人體各部位對(duì)可拉伸特性的依賴，可拉伸材料成為檢測(cè)人體指標(biāo)的重要材料。作為電學(xué)信號(hào)產(chǎn)生、采集和傳導(dǎo)的基礎(chǔ)材料，高可靠的可拉伸導(dǎo)電材料成為制備可拉伸電極和可拉伸器件的關(guān)鍵。如何制備具有高可拉伸性，高電導(dǎo)率，高穩(wěn)定性和低成本的電極材料已經(jīng)成為許多研究者關(guān)注的話題。

在現(xiàn)有的研究成果中，主要通過三種方案制備可拉伸性能的電極材料。第一：通過在可拉伸襯底中添加導(dǎo)電的納米材料，金屬納米線和碳納米管等常被用為這樣的填充材料；第二，生長(zhǎng)具有固有缺陷的金屬薄膜；第三，在襯底表面制備U型/Z型的金屬薄膜。前兩種方法具有不穩(wěn)定的導(dǎo)電性和有限的可拉伸性；第三種方法中制備的金屬薄膜的表面應(yīng)力，嚴(yán)重影響其導(dǎo)電性和穩(wěn)定性。這一點(diǎn)在多次拉伸之后尤為明顯。

為了突破這樣的限制，一些研究人員把金電極轉(zhuǎn)移到具有柵槽結(jié)構(gòu)的可拉伸襯底上，實(shí)現(xiàn)了導(dǎo)電性能，拉伸性能和穩(wěn)定性都較好的金屬電極。不過該方法工藝復(fù)雜性較高，且有手工貼合步驟，較難實(shí)現(xiàn)大面積、高可靠和低成本的制作。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的實(shí)施例提供了一種基于雙軸預(yù)拉伸的可拉伸電極制備方法，實(shí)現(xiàn)高可拉伸性，高電導(dǎo)率，高穩(wěn)定性和低成本的電極材料的制備。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取了如下技術(shù)方案：

一種基于雙軸預(yù)拉伸的可拉伸電極制備方法，其特征在于，包括:

選取可拉伸的襯底材料，對(duì)所述可拉伸的襯底材料進(jìn)行雙軸預(yù)拉伸；

利用物理或者化學(xué)方法在雙軸預(yù)拉伸后的襯底材料上淀積導(dǎo)電材料；

卸去所述襯底材料的外部載荷，對(duì)所述襯底材料進(jìn)行拉伸恢復(fù)，恢復(fù)到原來的尺寸。

所述可拉伸的襯底材料為聚二甲基硅氧烷的聚合物或者其他橡膠材料。

利用外力先對(duì)所述可拉伸的襯底材料進(jìn)行單軸拉伸，再進(jìn)行另一軸的拉伸；或者，利用外力同時(shí)對(duì)所述可拉伸的襯底材料進(jìn)行兩個(gè)軸向拉伸。

拉伸方向采用相互垂直的兩個(gè)方向，預(yù)拉伸的比例可在拉伸材料的彈性限度內(nèi)自行調(diào)節(jié)。

所述的導(dǎo)電材料為金屬導(dǎo)電材料或者銀納米線或者碳納米管或者石墨烯。

所述物理方法為物理氣相沉積、噴涂、絲網(wǎng)印刷的制備導(dǎo)電材料方法；所述化學(xué)方法為化學(xué)氣相沉積的制備導(dǎo)電材料方法。

當(dāng)卸去所述襯底材料的外部載荷后，襯底材料會(huì)發(fā)生拉伸反方向的收縮，導(dǎo)電材料受到襯底材料施加的剪切應(yīng)力，表面形貌會(huì)由原先的平坦平面變?yōu)榫哂猩舷缕鸱鸟薨櫧Y(jié)構(gòu)；

所述襯底材料的可拉伸性能決定了在此襯底材料上實(shí)現(xiàn)導(dǎo)電材料的可拉伸性的上限，后續(xù)當(dāng)所述襯底材料再次被拉伸時(shí)，拉伸在所述導(dǎo)電材料的預(yù)拉伸比例之內(nèi)，所述導(dǎo)電材料的表面結(jié)構(gòu)會(huì)重新被拉伸開來，而不會(huì)發(fā)生斷裂。

由上述本發(fā)明的實(shí)施例提供的技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明實(shí)施例提出的導(dǎo)電電極制備方法使不具備拉伸特性的導(dǎo)電材料實(shí)現(xiàn)可拉伸的功能，并且在很大得拉伸條件下具備良好的導(dǎo)電性能，極大的拓展了導(dǎo)電材料的應(yīng)用范圍；該制備方法對(duì)襯底和導(dǎo)電材料沒有苛刻要求，能適用于大部分常見可拉伸襯底和導(dǎo)電材料。

本發(fā)明附加的方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，這些將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實(shí)踐了解到。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的 一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明的實(shí)施例提供了一種基于雙軸預(yù)拉伸的可拉伸電極制備方法的工藝流程側(cè)視圖；

圖2為本發(fā)明的實(shí)施例提供了一種基于雙軸預(yù)拉伸的可拉伸電極制備方法的材料單軸預(yù)拉伸的俯視圖；

圖3為本發(fā)明的實(shí)施例提供了一種基于雙軸預(yù)拉伸的可拉伸電極制備方法的雙軸預(yù)拉伸俯視圖；

圖4為本發(fā)明的實(shí)施例提供了一種基于雙軸預(yù)拉伸的可拉伸電極制備方法的單軸預(yù)拉伸的電極在釋放拉力時(shí)產(chǎn)生的應(yīng)力情況示意圖；

圖5為本發(fā)明的實(shí)施例提供了一種基于雙軸預(yù)拉伸的可拉伸電極制備方法的雙軸預(yù)拉伸的電極在釋放拉力時(shí)產(chǎn)生的應(yīng)力情況示意圖；

圖6為本發(fā)明的實(shí)施例提供了一種基于雙軸預(yù)拉伸的可拉伸電極制備方法的單軸預(yù)拉伸金電極表面形貌(未釋放(a)和已釋放(b)拉力情況)示意圖；

圖7為本發(fā)明的實(shí)施例提供了一種基于雙軸預(yù)拉伸的可拉伸電極制備方法的雙軸預(yù)拉伸金電極表面形貌及在不同比例后續(xù)拉伸情況下的表面形貌示意圖；

具體實(shí)施方式

下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施方式，所述實(shí)施方式的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號(hào)表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實(shí)施方式是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能解釋為對(duì)本發(fā)明的限制。

本技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，除非特意聲明，這里使用的單數(shù)形式“一”、“一個(gè)”、“所述”和“該”也可包括復(fù)數(shù)形式。應(yīng)該進(jìn)一步理解的是，本發(fā)明的說明書中使用的措辭“包括”是指存在所述特征、整數(shù)、步驟、操作、元件和/或組件，但是并不排除存在或添加一個(gè)或多個(gè)其他特征、整數(shù)、步驟、操作、元件、組件和/或它們的組。應(yīng)該理解，當(dāng)我們稱元件被“連接”或“耦接”到另一元件時(shí)，它可以直接連接或耦接到其他元件，或者也可以存在中間元件。此外，這里使用的“連接”或“耦接”可以包括無線連接或耦接。這里使用的措辭“和/或”包括一個(gè)或更多個(gè)相關(guān)聯(lián)的列出項(xiàng)的任一單元和全部組合。

本技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，除非另外定義，這里使用的所有術(shù)語(包括技術(shù)術(shù)語和科學(xué)術(shù)語)具有與本發(fā)明所屬領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員的一般理解相同的意義。還應(yīng)該理解的是，諸如通用字典中定義的那些術(shù)語應(yīng)該被理解為具有與現(xiàn)有技術(shù)的上下文中的意義一致的意義，并且除非像這里一樣定義，不會(huì)用理想化或過于正式的含義來解釋。

為便于對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的理解，下面將結(jié)合附圖以幾個(gè)具體實(shí)施例為例做進(jìn)一步的解釋說明，且各個(gè)實(shí)施例并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的限定。

實(shí)施例：

利用本發(fā)明描述的方法在PDMS(polydimethylsiloxane，聚二甲基硅氧烷)襯底上進(jìn)行雙軸預(yù)拉伸金電極的制備及相關(guān)性能測(cè)試；如圖1至5所示描述了基本的制備流程和機(jī)理分析，圖6至7展示了金電極的制備實(shí)例。

圖1為本發(fā)明的實(shí)施例提供了一種基于雙軸預(yù)拉伸的可拉伸電極制備方法的工藝流程側(cè)視圖；如圖1所示，分為四個(gè)步驟，分別是：

步驟(a)：制備PDMS襯底，選取可拉伸的襯底材料；

所述可拉伸的襯底材料為聚二甲基硅氧烷的聚合或者橡膠材料。

步驟(b)：對(duì)所述可拉伸的襯底材料進(jìn)行雙軸預(yù)拉伸；

利用外力先對(duì)所述可拉伸的襯底材料進(jìn)行單軸拉伸，再進(jìn)行另一軸的拉伸，或者，利用外力同時(shí)對(duì)所述可拉伸的襯底材料進(jìn)行兩個(gè)軸向拉伸。

拉伸方向采用相互垂直的兩個(gè)方向，預(yù)拉伸的比例可在拉伸材料的彈性限度內(nèi)自行調(diào)節(jié)。

圖2和圖3展示了兩種預(yù)拉伸方式，即：?jiǎn)屋S拉伸與雙軸拉伸；如圖3、圖4所示：由于一般的彈性材料具有正的泊松比，因而在單軸(x軸方向)拉伸時(shí)，垂直方向(y軸方向)收縮，通過雙軸預(yù)拉伸可以使x和y軸方向都產(chǎn)生拉伸。

步驟(c)：磁控濺射金電極，利用物理或者化學(xué)方法在雙軸預(yù)拉伸后的襯底襯底上淀積導(dǎo)電材料；

所述物理方法為物理氣相沉積、噴涂、絲網(wǎng)印刷的制備導(dǎo)電材料方法；所述化學(xué)方法為化學(xué)氣相沉積的制備導(dǎo)電材料方法。

所述的導(dǎo)電材料為金屬導(dǎo)電材料或者銀納米線或者碳納米管或者石墨烯。

圖4和圖5展示了在兩種預(yù)拉伸情況下淀積金電極的拉力釋放階段，即：?jiǎn)屋S預(yù)拉伸與雙軸預(yù)拉伸，金表面所受的應(yīng)力情況；如圖4所示：在單軸拉伸時(shí)，金電極在x軸方向有向內(nèi)的應(yīng)力，該應(yīng)力使金電極表面產(chǎn)生局域卷曲，形成褶皺類的表面形貌；y方向有向外的應(yīng)力，該應(yīng)力使金電極發(fā)生拉伸，在x方向預(yù)拉伸較大的情況，該拉伸應(yīng)力會(huì)使金電極斷裂。而在圖5所示的雙軸拉伸中，由于預(yù)拉伸的比例彌補(bǔ)了正泊松比帶來的影響，因而金在y方向上也發(fā)生收縮，不會(huì)發(fā)生斷裂。

步驟(d)：拉力釋放，卸去所述襯底材料的外部載荷，對(duì)所述襯底材料進(jìn)行拉伸恢復(fù)，恢復(fù)到原來的尺寸。

當(dāng)卸去所述襯底材料的外部載荷后，襯底材料會(huì)發(fā)生拉伸反方向的收縮，導(dǎo)電材料受到襯底材料施加的剪切應(yīng)力，表面形貌會(huì)由原先的平坦平面變?yōu)榫哂猩舷缕鸱鸟薨櫧Y(jié)構(gòu)；

所述襯底材料的可拉伸性能決定在此襯底材料上實(shí)現(xiàn)導(dǎo)電材料的可拉伸性的上限，后續(xù)當(dāng)所述襯底材料再次被拉伸時(shí)，拉伸在所述導(dǎo)電材料的預(yù)拉伸比例之內(nèi)，所述導(dǎo)電材料的表面結(jié)構(gòu)會(huì)重新被拉伸開來，而不會(huì)發(fā)生斷裂。

圖6為單軸預(yù)拉伸金電極表面形貌(未釋放(a)和已釋放(b)拉力情況)示意圖，如圖6所示：當(dāng)金電極濺射到PDMS表面后，未釋放預(yù)拉伸力前(圖6(a))，金電極具有平整且連續(xù)的表面；釋放拉伸力之后(圖6(b))，x方向具有較為規(guī)律的褶皺結(jié)構(gòu)；y方向則產(chǎn)生較為嚴(yán)重的斷裂情況。

圖7為雙軸預(yù)拉伸金電極表面形貌及在不同比例后續(xù)拉伸情況下的表面形貌示意圖，如圖7所示：釋放拉伸力之后，在x和y方向都產(chǎn)生褶皺結(jié)構(gòu)，由于是兩個(gè)方向褶皺的疊加，因而形貌較為復(fù)雜，當(dāng)該結(jié)構(gòu)在x軸方向發(fā)生拉伸時(shí)，可以看出x方向的褶皺漸漸變?yōu)槠教?；y方向的結(jié)構(gòu)逐漸被凸顯出來，當(dāng)拉伸程度達(dá)到甚至超過預(yù)拉伸比例時(shí)，會(huì)在x方向產(chǎn)生明顯的金薄膜斷裂，此時(shí)會(huì)嚴(yán)重影響金電極的導(dǎo)電性能。

以上對(duì)本發(fā)明所提供的一種利用雙軸預(yù)拉伸法制備可拉伸導(dǎo)電電極的方法進(jìn)行了詳細(xì)介紹，同時(shí)參照附圖對(duì)本申請(qǐng)的示例性的實(shí)施方案進(jìn)行了描述。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，上述實(shí)施方案僅僅是為了說明的目的而所舉的示例，而不是用來進(jìn)行限制，凡在本申請(qǐng)的教導(dǎo)和權(quán)利要求保護(hù)范圍下所作的任何修改、等同替換等，均應(yīng)包含在本申請(qǐng)要求保護(hù)的范圍內(nèi)。

綜上所述，本發(fā)明實(shí)施例通過提出的導(dǎo)電電極制備方法使不具備拉伸特性的導(dǎo)電材料實(shí)現(xiàn)可拉伸的功能，并且在很大得拉伸條件下具備良好的導(dǎo)電性能，極大的拓展了導(dǎo)電材料的應(yīng)用范圍；該制備方法對(duì)襯底和導(dǎo)電材料沒有苛刻要求，能適用于大部分常見可拉伸襯底和導(dǎo)電材料；本發(fā)明提出的電極材料的制備方法工藝簡(jiǎn)單，成本低，將對(duì)電極進(jìn)行處理的復(fù)雜工藝過程轉(zhuǎn)換為對(duì)可拉伸襯底的簡(jiǎn)單操作，易于實(shí)現(xiàn)大面積制備及圖形化。

本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解：附圖只是一個(gè)實(shí)施例的示意圖，附圖中的模塊或流程并不一定是實(shí)施本發(fā)明所必須的。

本說明書中的各個(gè)實(shí)施例均采用遞進(jìn)的方式描述，各個(gè)實(shí)施例之間相同相似的部分互相參見即可，每個(gè)實(shí)施例重點(diǎn)說明的都是與其他實(shí)施例的不同之處。尤其，對(duì)于裝置或系統(tǒng)實(shí)施例而言，由于其基本相似于方法實(shí)施例，所以描述得比較簡(jiǎn)單，相關(guān)之處參見方法實(shí)施例的部分說明即可。以上所描述的裝置及系統(tǒng)實(shí)施例僅僅是示意性的，其中所述作為分離部件說明的單元可以是或者也可以不是物理上分開的，作為單元顯示的部件可以是或者也可以不是物理單元，即可以位于一個(gè)地方，或者也可以分布到多個(gè)網(wǎng)絡(luò)單元上?？梢愿鶕?jù)實(shí)際的需要選擇其中的部分或者全部模塊來實(shí)現(xiàn)本實(shí)施例方案的目的。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的情況下，即可以理解并實(shí)施。

以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易 想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。