可拉伸导体制造技术

本发明专利技术公开了一种可拉伸导体，该可拉伸导体包括具有第一主表面和细长导线的基底，其中该基底是弹性体材料，该细长导线在该基底的第一主表面上；该导线包括第一端和第二端，并且还在该第一端与该第二端之间包括至少一个弓形区。该导线的该弓形区的至少一部分在该区中具有第一表面区域部分和第二表面区域部分，该第一表面区域部分嵌入该基底的表面中，并且该第二表面区域部分未嵌入该基底中，并且暴露的量足以使至少该区中的该基底的区域导电。该弓形区的未嵌入的第二表面部分可以位于该基底的平面之上或之下。另外，公开了制备该可拉伸导体的不同方法。还公开了复合制品，该复合制品包括与导电织物持久电接触的该可拉伸导体。

Tensile conductor

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】可拉伸导体
技术介绍
可拉伸导体可用于可适形的和可穿戴的电子设备中。例如，可拉伸导电膜可以直接层压到织物上并与电子传感器和模块集成在一起。可拉伸导电材料诸如编织金属纤维或纱线可用于可穿戴电子设备中，但是这些材料可能很昂贵并且难以制造。可以在弹性体基底上印刷可拉伸的导电银墨，使其比金属编织纤维和纱线便宜，但不能满足许多可适形的电子应用的可拉伸性和导电性要求。
技术实现思路
一般来讲，本公开涉及细长导线，这些细长线材在其第一端与第二端之间具有至少一个弓形区，该弓形区部分地嵌入弹性体基底的主表面中。导线的表面区域的一部分暴露在弹性体基底的表面之上，足以为基底提供导电性，而导线的表面区域的其余部分则嵌入基底的表面之下。在基底经受机械弯曲和拉伸之后，在基底表面之下的导线的表面区域的一部分保持嵌入基底中，并且不会从基底断裂或脱粘。根据弓形导线在弹性体基底中的嵌入深度，可以控制最终暴露在基底主表面之上的导体表面区域的一部分，这可以提供足够的传导性以用于可穿戴电子设备和传感器。弓形导线充分地嵌入基底的表面中，使得基底在多个拉伸循环之后可以维持高的拉伸值而不会从基底断裂、脱粘或显示出任何明显的导电性降低。通过将细长的弓形导线部分地沉入剥离层中，然后用液体弹性体预聚物溶液覆盖至少一部分导线，可以容易且廉价地制造可拉伸导体。然后将浇铸的弹性体膜至少部分地固化并且从剥离层剥去。在剥去步骤中，比剥离层更牢固地粘附到弹性体层上的导线转移到弹性体膜中并且部分保持在其中。在转移后，由于所有导体都转移到了弹性体层上，因此没有任何部分的导线保持嵌入剥离层中。导线的表面区域的一部分保持嵌入弹性体层中，而导线的表面区域的一部分保持暴露在弹性体层的表面上。在一个方面，本公开涉及一种可拉伸导体，该可拉伸导体包括：具有第一主表面的基底，其中该基底是弹性体材料。细长导线驻留在基底的第一主表面上，并且具有第一端和第二端以及在第一端与第二端之间的至少一个弓形区。导线的弓形区的至少一部分在该区中具有第一表面区域部分和第二表面区域部分，第一表面区域部分嵌入基底的表面中，并且第二表面区域部分未嵌入基底中，并且暴露的量足以使至少该区中的基底的区域导电。在另一方面，本公开涉及一种制作可拉伸导体的方法，该方法包括：使卷绕的细长导线与剥离层的表面接触；将导线的表面区域的第一部分嵌入剥离层的表面中，使得导线的表面区域的第二部分保持未嵌入剥离层的表面中，其中导线的表面区域的第二部分占导线的总表面区域的约1％至约80％；将液体弹性体前体材料层施加到剥离层的表面上，以覆盖导线的表面区域的第二部分；将液体弹性体前体材料层转变成弹性体材料层；以及将弹性体材料层与剥离层分离，使得导线与剥离层分离，并且导线的表面区域的第二部分保持嵌入弹性体材料层中。在又一方面，本公开涉及一种制作可拉伸导体的方法，该方法包括：使细长导线与剥离层的表面接触；向细长导线和剥离层中的至少一个施加力；去除该力以在导线中形成弓形区；将导线的弓形区的至少一部分部分地嵌入剥离层的表面中，其中导线的表面区域的第一部分嵌入剥离层的表面中，并且导线的表面区域的第二部分保持未嵌入剥离层的表面中；将弹性体前体材料层施加到剥离层的表面上，以覆盖导线的表面区域的第二部分；将弹性体前体材料层转变成弹性体材料层；并且将弹性体材料层与剥离层分离，使得导线与剥离层分离，并且导线的第二部分保持嵌入弹性体材料层中。在再一方面，本公开涉及一种制作可拉伸导体的方法，该方法包括：使随机卷绕导线与剥离层的表面接触；将导线部分地嵌入剥离层的表面中，使得导线的表面区域的第一部分保持嵌入表面中，并且暴露导线的表面区域的第二部分，其中导线的表面区域的第二部分占细长导线的总表面区域的约1％至约80％；将弹性体前体材料层施加到剥离层的表面上，以覆盖细长导线的表面区域的第二部分；将弹性体前体材料层转变成弹性体材料层；并且将弹性体材料层与剥离层分离，使得导线与剥离层分离，并且导线的表面区域的第二部分保持嵌入弹性体材料层中。在其他方面，本公开涉及一种可拉伸导体，该可拉伸导体包括：具有第一主表面的基底，其中该基底包括弹性体聚合物膜；细长编织金属导线，该细长编织金属导线在基底的第一主表面上，其中金属导线包括多根金属导线线股，横截面形状基本为圆形，并且包括第一端和第二端，其中金属导线在第一端与第二端之间包括至少一个蜷曲区，并且其中金属导线的蜷曲区位于基底的第一主表面上；金属导线的蜷曲区包括第一表面区域部分和第二表面区域部分，第一表面区域部分嵌入基底的第一主表面中，并且第二表面区域部分未嵌入基底上并且暴露，其中第二表面区域部分占金属导线的总表面区域的约1％至约80％。在附加方面，本公开涉及一种可拉伸电气设备，该可拉伸电气设备包括：第一电接触件和第二电接触件，其中第一电接触件和第二电接触件在弹性体聚合物基底上；电中间连接件，该电中间连接件在第一电接触件与第二电接触件之间，其中电中间连接件包括在弹性体聚合物基底的主表面上的细长编织金属导线，其中金属导线包括多根金属导线线股以及第一端和第二端，其中该金属导线在第一端与第二端之间具有至少一个蜷曲区，并且其中金属导线的蜷曲区位于基底的主表面上；金属导线的蜷曲区包括第一表面区域部分和第二表面区域部分，第一表面区域部分嵌入基底的主表面中，并且第二表面区域部分未嵌入基底中并且暴露，其中第二表面区域部分占金属导线的总表面区域的约1％至约80％。在又一方面，本公开涉及一种制作可拉伸导体的方法，该方法包括：使随机卷绕的编织金属导线与远离结构化剥离层的表面突出的表面结构接触，其中编织金属导线包括多根金属导线线股，其中表面结构包括钝化结构，并且其中金属导线在垂直于钝化结构的方向的方向上在剥离层的表面上延伸；软化剥离层，使得：在钝化结构之间的导线的第一区中，金属导线的表面区域的第一部分嵌入剥离层的表面中，并且导线的表面区域的第二部分保持未嵌入剥离层的表面中，其中金属导线的表面区域的第二部分占金属导线的总表面区域的约1％至约80％，并且在钝化结构顶部的金属导线的第二区中，导线保持未嵌入剥离层的表面中；在剥离层的第一主表面上施加弹性体前体材料层，以覆盖金属导线的第一区和第二区，并且进入金属导线线股之间的区域；将弹性体前体材料层转变成弹性体材料层；并且将弹性体材料层与剥离层分离，使得金属导线的表面区域的第二部分保持嵌入弹性体材料层中，并且金属导线的表面区域的第一部分暴露在弹性体材料层的主表面之上。在其他方面，本公开涉及一种制作可拉伸导体的方法，该方法包括：使随机卷绕的编织金属导线与远离结构化剥离层的表面突出的压花或冲切表面结构接触，其中编织金属导线包括多根金属导线线股，其中表面结构包括肋状部，并且其中金属导线在与肋状部的方向垂直的方向上在剥离层的表面上延伸；将金属导线的表面区域的第一部分嵌入剥离层的肋状部的表面中，使得导线的表面区域的第二部分保持未嵌入剥离层的肋状部的表面中，其中金属导线的表面区域的第二部分占金属导线的总表面区域的约1％至约80％，在剥离层的第一主表面上施加弹性体前体材料层；将弹性体前体材料层转变成弹性体材料层本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可拉伸导体，包括：/n基底，所述基底具有第一主表面，其中所述基底包括弹性体材料；/n细长导线，所述细长导线位于所述基底的所述第一主表面上，其中所述导线包括第一端和第二端，并且其中所述导线在所述第一端和所述第二端之间包括至少一个弓形区，可选地，其中所述导线包括金属，并且/n其中所述导线的所述弓形区的至少一部分在所述区中包括第一表面区域部分和第二表面区域部分，所述第一表面区域部分嵌入所述基底的表面中，所述第二表面区域部分未嵌入所述基底上，并且暴露的量足以致使至少所述区中的所述基底的区域导电。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170612 US 62/518,519;20171227 US 62/610,5361.一种可拉伸导体，包括：
基底，所述基底具有第一主表面，其中所述基底包括弹性体材料；
细长导线，所述细长导线位于所述基底的所述第一主表面上，其中所述导线包括第一端和第二端，并且其中所述导线在所述第一端和所述第二端之间包括至少一个弓形区，可选地，其中所述导线包括金属，并且
其中所述导线的所述弓形区的至少一部分在所述区中包括第一表面区域部分和第二表面区域部分，所述第一表面区域部分嵌入所述基底的表面中，所述第二表面区域部分未嵌入所述基底上，并且暴露的量足以致使至少所述区中的所述基底的区域导电。


2.根据权利要求1所述的可拉伸导体，其中所述导线包括拉制的实心金属导线、编织金属导线、或多根编织金属导线线股。


3.根据权利要求2所述的可拉伸导体，其中所述导线包括多根编织金属导线线股，进一步地，其中所述弹性体材料占据所述编织金属导线线股之间的空隙区。


4.根据权利要求1所述的可拉伸导体，其中所述细长导体的所述弓形区包括以下中的至少一者：随机卷绕图案、蜷曲部分、分形蜷曲形状、多个嵌套的蜷曲区、或它们的组合。


5.根据权利要求1所述的可拉伸导体，其中所述弹性体材料在室温下的杨氏模量小于约100Mpa，并且断裂伸长率至少为约200％。


6.根据权利要求5所述的可拉伸导体，其中所述弹性体材料选自天然橡胶、聚氨酯、聚丁二烯、氯丁橡胶、环氧树脂和硅氧烷。


7.根据权利要求1所述的可拉伸导体，其中所述第二表面区域部分占所述导线的总表面区域的约1％至约80％。


8.根据权利要求1所述的可拉伸导体，其中所述导线的所述弓形区驻留在所述基底的所述第一主表面上，可选地，其中所述弓形区的一部分位于所述基底的平面之上或之下。


9.根据权利要求1所述的可拉伸导体，其中所述第二表面区域部分暴露在所述基底的所述第一主表面上，可选地，其中所述第二表面区域部分暴露在所述基底的与所述第一主表面相背的第二主表面上。


10.根据权利要求1所述的可拉伸导体，其中所述第一表面是结构化的。


11.根据权利要求1所述的可拉伸导体，其中所述导线的至少一些区完全嵌入所述基底中。


12.根据权利要求1所述的可拉伸导体，还包括覆盖所述细长导线的至少一部分的绝缘层。


13.根据权利要求1所述的可拉伸导体，还包括：
第二细长导线，所述第二细长导线位于所述基底的与所述第一主表面相背的第二主表面上，其中所述第二导线包括第一端和第二端，并且其中所述第二导线在所述第一端和所述第二端之间包括至少一个弓形区，其中所述第二导线的所述至少一个弓形区的至少一部分包括第一表面区域部分和第二表面区域部分，所述第一表面区域部分嵌入所述基底的表面中，所述第二表面区域部分未嵌入所述基底的表面中，并且暴露的量足以致使至少所述第二导线的所述至少一个弓形区中的所述基底的区域导电；
第一可拉伸导电膜层，所述第一可拉伸导电膜层与所述第一导线和所述基底的所述第一主表面两者接触；和
第二可拉伸导电膜层，所述第二可拉伸导电膜层与所述第二导线和所述基底的所述第二主表面两者接触；其中
所述第一可拉伸导电膜层和所述第二可拉伸导电膜层彼此电接触。


14.一种复合制品，包括：
根据权利要求1所述的可拉伸导体，
导电织物，所述导电织物用非导电粘合剂粘附到所述基底的所述第一主表面上，其中所述导电织物和所述细长导线电接触。


15.根据权利要求14所述的复合制品，还包括设置在所述导电织物的一部分和所述细长导线之间的导电膜的一部分。


16.一种可拉伸电气设备，包括：
第一电接触件和第二电接触件，其中所述第一电接触件和所述第二电接触件位于弹性体聚合物基底上，可选地，其中所述第一电接触件和所述第二电接触件中的至少一者被焊接到编织金属导线的第二表面区域部分；
电中间连接件，所述电中间连接件位于所述第一电接触件和所述第二电接触件之间，其中所述电中间连接件包括位于所述弹性体聚合物基底的主表面上的细长编织金属导线，其中所述金属导线包括多根金属导线线股并包括第一端和第二端，其中所述金属导线在所述第一端和所述第二端之间包括至少一个蜷曲区，并且其中所述金属导线的所述蜷曲区位于所述基底的所述主表面上；
所述金属导线的所述蜷曲区包括第一表面区域部分和第二表面区域部分，所述第一表面区域部分嵌入所述基底的所述主表面中，所述第二表面区域部分未嵌入所述基底中并且暴露，其中所述第二表面区域部分占所述金属导线的总表面区域的约1％至约80％。


17.一种制作可拉伸导体的方法，包括：
使卷绕的细长导线与剥离层的表面接触，可选地，其中所述剥离层包括聚合物膜；
将所述导线的表面区域的第一部分嵌入所述剥离层的所述表面中，使得所述导线的所述表面区域的第二部分保持未嵌入所述剥离层的所述表面中，其中所述导线的所述表面区域的所述第二部分占所述导线的总表面区域的约1％至约80％；
将液体弹性体前体材料层施加到所述剥离层的所述表面上，以覆盖所述导线的所述表面区域的所述第二部分的至少一部分；
将所述液体弹性体前体材料层转变成弹性体材料层；以及
将所述弹性体材料层与所述剥离层分离，使得所述导线与所述剥离层分离，并且所述导线的所述表面区域的所述第二部分保持嵌入所述弹性体材料层中。


18.根据权利要求17所述的方法，其中所述剥离层的所述表面包括多个结构，可选地，其中所述多个结构包括一系列平行凹陷部。


19.根据权利要求17所述的方法，其中将所述液体弹性体前体材料层施加到所述剥离层的所述表面上以覆盖所述导线的所述表面区域的所述第二部分以如下方式执行：使得所述导线的所述表面区域的第三部分保持未被所述液体弹性体前体覆盖。


20.根据权利要求17所述的方法，还包括：
将非导电粘合剂的前体施加到导电织物上；
使所述导线的所述第二部分与所述导电织物的至少一部分接触；以及
在固化所述非导电粘合剂前体时施加至少0.55MPa的压力，以生成非导电粘合剂。


21.一种可拉伸导体，包括：
基底，所述基底具有第一主表面，其中所述基底包括弹性体聚合物膜；
细长编织金属导线，所述细长编织金属导线位于所述基底的所...

【专利技术属性】
技术研发人员：安基特·马哈詹，詹姆斯·朱，撒格尔·A·沙，米哈伊尔·L·佩库罗夫斯基，维维克·克里斯南，凯文·T·雷迪，小克里斯托弗·B·瓦尔克，迈克尔·A·克罗普，卡拉·A·迈耶斯，特雷莎·M·格代尔，托马斯·J·梅茨勒，乔纳森·W·肯灵，罗杰·W·巴顿，
申请(专利权)人：三M创新有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US