CN106298084B - 一种柔性电极的制备装置以及利用该装置制备柔性电极的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种柔性电极的制备装置，包括混料容器、沉积容器、电流探测器，以及第一加热器和/或第二加热器；混料容器底端设置流通管道，以及用于闭合或者开启管道入口端的阀门；液态金属与弹性体在混料容器中搅拌混合均匀，探针探测该混合体直到电流表有电流通过；开启管道阀门，在压力作用下混合体通过管道流出至沉积容器，成型为块体电极。与现有技术相比，该装置结构简单，能够大规模生产电极，并且电极具有高形变能力、电阻稳定等优点。

Description

一种柔性电极的制备装置以及利用该装置制备柔性电极的 方法

技术领域

本发明涉及柔性电子技术领域，尤其涉及一种柔性电极的制备装置以及利用该装置制备柔性电极的方法。

背景技术

作为一种新兴的技术，柔性电子技术受到全球范围越来越广泛的关注，尤其是随着可穿戴设备的兴起，对电子器件的全柔性化要求也越来越迫切。

要实现电子器件的全柔性化，电极材料作为电子器件不可或缺的一部分也迫切需要实现柔性化。当前已经报道的具有柔性的电极材料主要有两类：一类是可以发生弯曲形变的电极材料，例如可以作为透明柔性电子显示的ITO等，这一类电极材料在一定程度上可以被弯曲，但仍然远远不能满足实际应用中的柔性电子器件可拉伸的要求；另一类是可拉伸电极材料，但是目前所报道的这些可拉伸电极的电阻大，多数为半导体材料，而且这些柔性电极在拉伸时电阻会发生很大变化，这非常不利于将其应用到柔性电子器件中。

因此，制备电阻小、拉伸过程中电阻基本不变且可大规模生产的复合材料是实现电极材料柔性化的关键。

发明内容

本发明提供了一种柔性电极的制备装置，其结构简单，利用该装置制备的柔性电极具有高形变能力、电阻稳定等优点。

本发明的技术方案为：一种柔性电极的制备装置，包括混料容器、沉积容器、电流探测器，以及第一加热体和/或第二加热体。

所述混料容器包括搅拌器；所述混料容器用于搅拌混合液态金属与弹性体，形成混合体；

所述电流探测器包括用于探测所述混合体电性能的探针，以及与探针相连的电流表；

所述混料容器底端设置流通管道，以及用于闭合或者开启管道入口端的阀门；当所述阀门开启，混合体自管道入口流经管道，自管道出口流出至沉积容器；

当弹性体是由常温下为固态、加热熔融的弹性体材料构成时，第一加热体用于加热熔融所述弹性体，液态金属与熔融的弹性体搅拌混合均匀，形成混合体；

当弹性体是由常温下为液态、加热固化的弹性体材料构成时，液态金属与液态弹性体搅拌混合均匀，形成混合体，第二加热体用于加热沉积容器中的混合体，固化所述混合体中的弹性体，形成块体电极。

作为优选，所述的第一加热体设置在混料容器中或者混料容器外围。

作为优选，所述的第二加热体设置在沉积容器中或者沉积容器外围。

作为优选，所述的搅拌器由电机驱动。

作为优选，所述的第一加热体可以是设置在混料容器外围的加热丝。

作为优选，所述的第二加热体可以是设置在沉积容器外围的加热丝。

所述的液态金属材料是在室温下为液态的金属导电材料，包括但不限于汞、镓铟合金、镓铟锡合金，以及过渡族金属、固态非金属元素的一种或几种掺杂的镓铟合金、镓铟锡合金等。

所述的弹性体由弹性体材料构成。所述弹性体材料在外力作用下可以发生变形，包括但不限于硅胶、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、橡胶、水凝胶、聚氨酯、SEBS、POE等中的一种或者几种。

作为优选，所述的混合体中，液态金属的体积百分含量大于5％。

利用该装置制备柔性电极的方法如下：

关闭管道阀门，将液态金属与弹性体加入混料容器中，当弹性体是由常温下为固态、加热熔融的弹性体材料构成时，第一加热体加热熔融弹性体，液态金属与熔融的弹性体材料搅拌混合均匀，形成混合体，探针探测该混合体，直到电流表有电流通过；开启管道阀门，在压力作用下混合体流入管道，自管道出口端流出至沉积容器，降温固化成型为块体电极。或者，

关闭管道阀门，将液态金属与弹性体加入混料容器中，当弹性体是由常温下为液态、加热固化的弹性体材料构成时，液态金属与液态弹性体搅拌混合均匀，形成混合体，探针探测该混合体，直到电流表有电流通过；开启管道阀门，在压力作用下混合体流入管道，自管道出口端流出至沉积容器，第二加热体加热固化混合体中的弹性体，成型为块体电极。

与现有技术相比，本发明装置结构简单，使用该装置能够大规模生产柔性电极，并且柔性电极具有如下有益效果：

(1)弹性体本身虽然导电性能较差，但是具有良好的柔韧性；液态金属不仅具有优异的导电性而且可以流动，两者混合形成的柔性材料不仅具有良好的柔韧性同时也具有优异的导电性能；

(2)本发明将液态金属与弹性体混合，混合体中液态金属颗粒分散在弹性体中，限制了金属颗粒的流动，因此当该柔性电极被切割、裁剪等时，液态金属材料不会流出；

(3)利用本发明的专制制备的柔性电极可以承受拉伸、弯折、扭曲等形变，其形变度可超过700％，当发生拉伸和弯曲等形变时，其电阻稳定。并且通过调节弹性体的体积百分含量，能够调节该电极材料的电阻率，以满足实际需要。

附图说明

图1是本发明实施例1中的柔性电极制备装置的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图与实施例对本发明作进一步详细描述，需要指出的是，以下所述实施例旨在便于对本发明的理解，而不对其起任何限定作用。

图1中的附图标记为：1-混料容器，2-搅拌器，3-管道阀门，4-管道，5-沉积容器，6-加热体，7-电流表，8-探针。

如图1所示，本实施例中，柔性电极的制备装置包括混料容器1、沉积容器5、电流探测器，以及加热体6。

混料容器1包括搅拌器2，搅拌器位于混料装置的中心位置，由电机驱动，用于搅拌混合液态金属与弹性体，形成混合体。

电流探测器包括用于探测所述混合体电性能的探针8，以及与探针8相连的电流表7。本实施中，电流表7设置在混料装置1的外部。

混料容器1的底端设置流通管道4，以及用于闭合或者开启管道入口端的阀门3；当阀门3开启，混合体自管道入口流经管道4，自管道出口流出至沉积容器5。

加热体6包括设置在沉积容器5外围的加热丝以及设置在混料容器1外围的加热丝。

本实施例中，液态金属材料是镓-铟-锡合金，是在室温下为液态的金属导电材料镓-铟-锡液态金属合金。弹性体由弹性材料PDMS构成，在外力作用下可以发生变形。

使用该装置制备柔性电极的方法如下：

关闭管道阀门3，在温度为25℃条件下，将镓-铟-锡液态金属合金和PDMS以液态金属所占体积分数为23％的比例加入混料容器1中，利用搅拌器在空气条件下搅拌5min，形成混合体，探针4探测该混合体，直到电流表3有电流通过；

开启管道阀门3，在压力作用下混合体流入管道4，自管道出口端流出至沉积容器5，设置在沉积容器5外围的加热丝加热固化混合体中的弹性体，成型为块体电极。

以上所述的实施例对本发明的技术方案进行了详细说明，应该理解的是以上所述仅为本发明的具体实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改、补充或类似方式替代等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种柔性电极的制备装置，其特征是：包括混料容器、沉积容器、电流探测器，以及第一加热体和/或第二加热体；

所述混料容器包括搅拌器；所述混料容器用于搅拌混合液态金属与弹性体，形成混合体；

所述电流探测器包括用于探测所述混合体电性能的探针，以及与探针相连的电流表；

所述混料容器底端设置流通管道，以及用于闭合或者开启管道入口端的阀门；当所述阀门开启，混合体自管道入口流经管道，自管道出口流出至沉积容器；

当弹性体是由常温下为固态、加热熔融的弹性体材料构成时，第一加热体用于加热熔融所述弹性体，液态金属与熔融的弹性体搅拌混合均匀，形成混合体；

当弹性体是由常温下为液态、加热固化的弹性体材料构成时，第二加热体用于加热沉积容器中的混合体，固化所述混合体中的弹性体，形成块体电极。

2.如权利要求1所述的柔性电极的制备装置，其特征是：所述的搅拌器由电机驱动。

3.如权利要求1所述的柔性电极的制备装置，其特征是：所述的第一加热体设置在混料容器中或者混料容器外围。

4.如权利要求1所述的柔性电极的制备装置，其特征是：所述的第二加热体设置在沉积容器中或者沉积容器外围。

5.如权利要求1所述的柔性电极的制备装置，其特征是：所述的第一加热体是设置在混料容器外围的加热丝。

6.如权利要求1所述的柔性电极的制备装置，其特征是：所述的第二加热体是设置在沉积容器外围的加热丝。

7.如权利要求1所述的柔性电极的制备装置，其特征是：所述的液态金属材料包括汞、镓铟合金、镓铟锡合金中的一种或者几种。

8.如权利要求1所述的柔性电极的制备装置，其特征是：所述的弹性体由弹性体材料构成，所述弹性体材料包括硅胶、PDMS、橡胶、水凝胶、聚氨酯、SEBS、POE中的一种或者几种。

9.如权利要求1所述的柔性电极的制备装置，其特征是：所述的混合体中，液态金属的体积百分含量大于5％。

10.利用权利要求1至9中任一权利要求所述的装置制备柔性电极的方法，其特征是：

关闭管道阀门，将液态金属与弹性体加入混料容器中，当弹性体是由常温下为固态、加热熔融的弹性体材料构成时，第一加热体加热熔融弹性体，液态金属与熔融的弹性体材料搅拌混合均匀，形成混合体，探针探测该混合体，直到电流表有电流通过；开启管道阀门，在压力作用下混合体流入管道，自管道出口端流出至沉积容器，降温固化成型为块体电极；或者，

关闭管道阀门，将液态金属与弹性体加入混料容器中，当弹性体是由常温下为液态、加热固化的弹性体材料构成时，液态金属与液态弹性体搅拌混合均匀，形成混合体，探针探测该混合体，直到电流表有电流通过；开启管道阀门，在压力作用下混合体流入管道，自管道出口端流出至沉积容器，第二加热体加热固化混合体中的弹性体，成型为块体电极。