一种基于双轴预拉伸的可拉伸电极制备方法技术

本发明专利技术提供了一种基于双轴预拉伸的可拉伸电极制备方法，该方法包括可拉伸衬底材料、双轴预拉伸、导电材料淀积和预拉伸恢复；所述的可拉伸衬底材料是在承受外力的情况下易发生形变而不容易断裂的材料；所述的双轴预拉伸是对可拉伸衬底材料施加两个垂直方向的外力，使之发生双轴形变的过程；所述的导电材料淀积是利用物理、化学方法在预拉伸的衬底上制备导电薄膜的过程；所述拉伸恢复是在淀积导电材料之后，卸去衬底材料的外部载荷使衬底材料恢复到原来尺寸的过程。本发明专利技术提出的导电电极制备方法实现了高可拉伸性，高电导率，高稳定性和低成本的电极材料的制备，并且在很大的拉伸程度下具备良好的导电性能，拓展了导电材料的应用范围。

【技术实现步骤摘要】
一种基于双轴预拉伸的可拉伸电极制备方法
本专利技术涉及可拉伸电子器件领域，具体涉及一种基于双轴预拉伸的可拉伸电极制备方法。
技术介绍
随着科技水平的不断提高，人们希望通过电子设备随时对自己的身体状况进行更好的监测，如运动状态，呼吸状况，体温和血压等各项身体和生理指标。基于这样的需求和人体各部位对可拉伸特性的依赖，可拉伸材料成为检测人体指标的重要材料。作为电学信号产生、采集和传导的基础材料，高可靠的可拉伸导电材料成为制备可拉伸电极和可拉伸器件的关键。如何制备具有高可拉伸性，高电导率，高稳定性和低成本的电极材料已经成为许多研究者关注的话题。在现有的研究成果中，主要通过三种方案制备可拉伸性能的电极材料。第一：通过在可拉伸衬底中添加导电的纳米材料，金属纳米线和碳纳米管等常被用为这样的填充材料；第二，生长具有固有缺陷的金属薄膜；第三，在衬底表面制备U型/Z型的金属薄膜。前两种方法具有不稳定的导电性和有限的可拉伸性；第三种方法中制备的金属薄膜的表面应力，严重影响其导电性和稳定性。这一点在多次拉伸之后尤为明显。为了突破这样的限制，一些研究人员把金电极转移到具有栅槽结构的可拉伸衬底上，实现了导电性能，拉伸性能和稳定性都较好的金属电极。不过该方法工艺复杂性较高，且有手工贴合步骤，较难实现大面积、高可靠和低成本的制作。
技术实现思路
本专利技术的实施例提供了一种基于双轴预拉伸的可拉伸电极制备方法，实现高可拉伸性，高电导率，高稳定性和低成本的电极材料的制备。为了实现上述目的，本专利技术采取了如下技术方案：一种基于双轴预拉伸的可拉伸电极制备方法，其特征在于，包括:选取可拉伸的衬底材料，对所述可拉伸的衬底材料进行双轴预拉伸；利用物理或者化学方法在双轴预拉伸后的衬底材料上淀积导电材料；卸去所述衬底材料的外部载荷，对所述衬底材料进行拉伸恢复，恢复到原来的尺寸。所述可拉伸的衬底材料为聚二甲基硅氧烷的聚合物或者其他橡胶材料。利用外力先对所述可拉伸的衬底材料进行单轴拉伸，再进行另一轴的拉伸；或者，利用外力同时对所述可拉伸的衬底材料进行两个轴向拉伸。拉伸方向采用相互垂直的两个方向，预拉伸的比例可在拉伸材料的弹性限度内自行调节。所述的导电材料为金属导电材料或者银纳米线或者碳纳米管或者石墨烯。所述物理方法为物理气相沉积、喷涂、丝网印刷的制备导电材料方法；所述化学方法为化学气相沉积的制备导电材料方法。当卸去所述衬底材料的外部载荷后，衬底材料会发生拉伸反方向的收缩，导电材料受到衬底材料施加的剪切应力，表面形貌会由原先的平坦平面变为具有上下起伏的褶皱结构；所述衬底材料的可拉伸性能决定了在此衬底材料上实现导电材料的可拉伸性的上限，后续当所述衬底材料再次被拉伸时，拉伸在所述导电材料的预拉伸比例之内，所述导电材料的表面结构会重新被拉伸开来，而不会发生断裂。由上述本专利技术的实施例提供的技术方案可以看出，本专利技术实施例提出的导电电极制备方法使不具备拉伸特性的导电材料实现可拉伸的功能，并且在很大得拉伸条件下具备良好的导电性能，极大的拓展了导电材料的应用范围；该制备方法对衬底和导电材料没有苛刻要求，能适用于大部分常见可拉伸衬底和导电材料。本专利技术附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术的实施例提供了一种基于双轴预拉伸的可拉伸电极制备方法的工艺流程侧视图；图2为本专利技术的实施例提供了一种基于双轴预拉伸的可拉伸电极制备方法的材料单轴预拉伸的俯视图；图3为本专利技术的实施例提供了一种基于双轴预拉伸的可拉伸电极制备方法的双轴预拉伸俯视图；图4为本专利技术的实施例提供了一种基于双轴预拉伸的可拉伸电极制备方法的单轴预拉伸的电极在释放拉力时产生的应力情况示意图；图5为本专利技术的实施例提供了一种基于双轴预拉伸的可拉伸电极制备方法的双轴预拉伸的电极在释放拉力时产生的应力情况示意图；图6为本专利技术的实施例提供了一种基于双轴预拉伸的可拉伸电极制备方法的单轴预拉伸金电极表面形貌(未释放(a)和已释放(b)拉力情况)示意图；图7为本专利技术的实施例提供了一种基于双轴预拉伸的可拉伸电极制备方法的双轴预拉伸金电极表面形貌及在不同比例后续拉伸情况下的表面形貌示意图；具体实施方式下面详细描述本专利技术的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本专利技术，而不能解释为对本专利技术的限制。本
技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本专利技术的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。本
技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本专利技术所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。为便于对本专利技术实施例的理解，下面将结合附图以几个具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个实施例并不构成对本专利技术实施例的限定。实施例：利用本专利技术描述的方法在PDMS(polydimethylsiloxane，聚二甲基硅氧烷)衬底上进行双轴预拉伸金电极的制备及相关性能测试；如图1至5所示描述了基本的制备流程和机理分析，图6至7展示了金电极的制备实例。图1为本专利技术的实施例提供了一种基于双轴预拉伸的可拉伸电极制备方法的工艺流程侧视图；如图1所示，分为四个步骤，分别是：步骤(a)：制备PDMS衬底，选取可拉伸的衬底材料；所述可拉伸的衬底材料为聚二甲基硅氧烷的聚合或者橡胶材料。步骤(b)：对所述可拉伸的衬底材料进行双轴预拉伸；利用外力先对所述可拉伸的衬底材料进行单轴拉伸，再进行另一轴的拉伸，或者，利用外力同时对所述可拉伸的衬底材料进行两个轴向拉伸。拉伸方向采用相互垂直的两个方向，预拉伸的比例可在拉伸材料的弹性限度内自行调节。图2和图3展示了两种预拉伸方式，即：单轴拉伸与双轴拉伸；如图3、图4所示：由于一般的弹性材料具有正的泊松比，因而在单轴(x轴方向)拉伸时，垂直方向(y轴方向)收缩，通过双轴预拉伸可以使x和y轴方向都产生拉伸。步骤(c)：磁控溅射金电极，利用物理或者化学方法在双轴预拉伸后的衬底衬底上淀积导电材料；所述物理方法为物理气相沉积、喷涂、丝网印刷的制备导电材料方法；所述化学方法为化学本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于双轴预拉伸的可拉伸电极制备方法，其特征在于，包括:选取可拉伸的衬底材料，对所述可拉伸的衬底材料进行双轴预拉伸；利用物理或者化学方法在双轴预拉伸后的衬底材料上淀积导电材料；卸去所述衬底材料的外部载荷，对所述衬底材料进行拉伸恢复，恢复到原来的尺寸。

【技术特征摘要】
1.一种基于双轴预拉伸的可拉伸电极制备方法，其特征在于，包括:选取可拉伸的衬底材料，对所述可拉伸的衬底材料进行双轴预拉伸；利用物理或者化学方法在双轴预拉伸后的衬底材料上淀积导电材料；卸去所述衬底材料的外部载荷，对所述衬底材料进行拉伸恢复，恢复到原来的尺寸。2.根据权利要求1所述的一种基于双轴预拉伸的可拉伸电极制备方法，其特征在于，所述可拉伸的衬底材料为聚二甲基硅氧烷的聚合物或者其他橡胶材料。3.根据权利要求2所述的一种基于双轴预拉伸的可拉伸电极制备方法，其特征在于，所述的对所述可拉伸衬底材料进行双轴预拉伸，包括：利用外力先对所述可拉伸的衬底材料进行单轴拉伸，再进行另一轴的拉伸；或者，利用外力同时对所述可拉伸的衬底材料进行两个轴向拉伸。4.根据权利要求3所述的一种基于双轴预拉伸的可拉伸电极制备方法，其特征在于，拉伸方向采用相互垂直的两个方向，预拉伸的比例可在拉伸材料的弹性限度内自行调节。5.根据权利要求4所述的一...

【专利技术属性】
技术研发人员：张海霞，苏宗明，陈学先，陈号天，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：发明
国别省市：北京,11