CN111292878B - 可拉伸电极及其制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可拉伸电极的制作方法，包括：制作形成包括弹性膜和导电膜的复合膜；对所述复合膜进行形变处理，以使所述复合膜褶皱化。本发明还公开了通过上述的制作方法来制作的可拉伸电极。本发明解决了现有技术中的可拉伸电极不易得到具有均匀的褶皱结构的问题以及可拉伸电极的弹性模与导电膜之间发生裂纹和分层的问题。

Description

可拉伸电极及其制作方法
技术领域
本发明涉及柔性电极领域，尤其涉及一种可拉伸电极及其制作方法。
背景技术
可拉伸电子已经吸引的大量的关注，因为其在可拉伸的电子和软体器件中的潜在应用，如个性的健康监控、行动检测、智能服装等。这些器件必须与曲面形成共形接触且在大的形变条件下能够保持电学稳定性。因此需要设计具有电学稳定性能的可拉伸电极。
为了开发可拉伸电极，人们从除了选用本征可拉伸的导电聚合物作为导电基质以外，还开发了利用结构设计来进行设计可拉伸电极，包括褶皱、波浪形、网格状、蛇形纹、剪纸状、裂纹等等。这些结构可实现硬的金属基电极的高可拉伸性，从而促进硬的金属在可拉伸和软体电子中的应用。其中，褶皱结构作为使用最多的设计结构之一赋予可穿戴设备的高可拉伸性、高机械稳定性和人机交互之间的舒适贴敷。目前，褶皱结构主要是通过导电材料与预拉伸或存在预应力的基底复合，释放弹性基底中的预拉伸或预应力后，导电材料发生面外或面内的形变形成的。基底收缩方式有热诱导(加热或冷却)聚合物收缩、溶剂膨胀和去膨胀或直接通过机械预拉伸和释放。热诱导法一般是在形状记忆材料(PS、PVP等)膜表面沉积导电层，利用热收缩或热冷却使得基底层发生收缩，促使导电层形成褶皱结构，因为形状记忆材料多为非弹性材料，此时往往需要将褶皱结构的导电层转移到弹性基底表面，最后得到可拉伸电极。溶剂膨胀/去膨胀方法是利用将热固性弹性模(PDMS)浸泡在溶剂(氯仿)中，弹性膜体积变大，此时在其表面沉积导电层，当将膨胀的热固性弹性膜中溶剂挥发过程中弹性膜的体积发生收缩，从而得到褶皱结构的导电层。热诱导收缩和溶剂膨胀均能得到均匀收缩的褶皱结构，但是它们同时存在两个问题，一是聚合物收缩率有限导致得到的复合电极可拉伸性有限，二是造成材料的浪费，甚至环境污染。因此，机械预拉伸方法应用得更为广泛，其是在单轴或双轴体系中对弹性基底进行预拉伸，随后与导电材料复合，释放预拉伸弹性基底后，得到具有褶皱结构的可拉伸电极。顾名思义，预拉伸方法更为简单易行，基底收缩率更为可控，但是存在的问题即是不能得到均匀收缩的褶皱结构，而且这种方法容易形成弹性基底和导电层之间发生裂纹和分层的问题。单轴或双轴拉伸工艺制备得到的可拉伸电子具有方向性，从而导致电学稳定性具有取向性，而实际应用中施加在可拉伸电子材料上的外力是随机的，因此此方法不能保证材料的多角度拉伸的电学可靠性，而且这种方法容易形成弹性基底和导电层之间发生裂纹和分层的问题。
发明内容
为了解决现有技术中存在的技术问题，本发明采用了如下的技术方案：
本发明的一方面提供了一种可拉伸电极的制作方法，包括：
制作形成包括弹性膜和导电膜的复合膜；
对所述复合膜进行形变处理，以使所述复合膜褶皱化。
优选地，所述弹性膜为静电纺丝膜。
优选地，对所述复合膜进行形变处理，以使所述复合膜褶皱化包括：
对所述弹性膜进行加热处理，以使所述弹性膜和所述导电膜收缩形变，从而使所述复合膜褶皱化。
优选地，对所述弹性膜进行加热处理包括：
在所述弹性膜的背向所述导电膜的表面上贴附热释放胶；
将贴附有热释放胶的复合膜置于加热台上，其中，热释放胶贴附在所述加热台的表面上；
利用所述加热台对贴附有热释放胶的复合膜进行加热。
优选地，制作形成包括弹性膜和导电膜的复合膜包括：
在所述弹性膜的边沿上设置圆环框；
在圆环框内的所述弹性膜上形成导电膜；
沿着所述圆环框的内边沿切割所述弹性膜和所述导电膜，以形成复合膜。
优选地，在圆环框内的所述弹性膜的表面上形成导电膜包括：
利用抽滤工艺在圆环框内的所述弹性膜上抽滤纳米银线，以形成导电膜。
优选地，所述加热台的加热温度为80℃～180℃，所述加热台的加热时长为2分钟。
优选地，所述纳米银线的抽滤量为5μg/cm2～40μg/cm2。
优选地，所述圆环框包括依序贴附在所述弹性膜上的双面胶层和塑料层。
本发明的另一方面提供了利用上述的可拉伸电极的制作方法来制作形成的可拉伸电极。
本发明的可拉伸电极的制作方法采用了热收缩的方式，使得可拉伸电极在收缩的过程中自然地形成了均匀的褶皱结构，尤其是利用了静电纺丝工艺制作的弹性膜和抽滤形成的纳米银线导电膜之间的弹性模量不同，因而两者同时发生收缩形变时，使得复合膜自然地形成了均匀的褶皱结构，而且在热释放的过程中弹性膜能够与导电膜形成较强的粘结结构，从而提高了可拉伸电极的耐久度，减少了弹性模与导电膜之间发生裂纹和分层的现象。
附图说明
图1至图3为本发明实施例的可拉伸电极的制作流程图；
图4a至图4b为现有褶皱结构与本发明实施例的褶皱结构的形貌图；
图5为本发明实施例的可拉伸电极在超声处理前后的电极方阻的变化对比图；
图6为本发明实施例的可拉伸电极的随着拉伸度而变化的电阻的变化曲线图；
图7为本发明实施例的可拉伸电极应用在ECG测试的示例图；
图8a至图8d为本发明实施例的可拉伸电极收视率与静电纺丝工艺的电压的关系图以及不同电压下的褶皱形貌图；
图9为本发明实施例的可拉伸电极的制作过程中，加热温度和电极收缩率之间的关系图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。这些优选实施方式的示例在附图中进行了例示。附图中所示和根据附图描述的本发明的实施方式仅仅是示例性的，并且本发明并不限于这些实施方式。
在此，还需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与根据本发明的方案密切相关的结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。
本实施例提供了可拉伸电极的制作方法，该制作方法包括将弹性膜和导电膜相互贴合形成复合膜的步骤，以及将对所述复合膜进行形变处理，使所述复合膜发生褶皱化。本实施例提供的可拉伸电极的制作方法通过热处理的方法释放出膜层中的内应力，同时使可拉伸电极在热收缩的过程中形成了均匀的褶皱结构，而且热处理过程还提高了导电膜和弹性模之间的牢固性，增加了可拉伸电极的耐久度。
以下结合附图1和2具体说明本实施例的可拉伸电极的具体制作步骤。
如图1所示，在锡箔纸A上形成上述的弹性膜1，所述弹性膜1为利用静电纺丝方法纺织的聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物(PVDF-HFP，简称PVHFP)静电纺丝膜。其中，静电纺丝的过程中的静电牵伸作用向所述弹性膜赋予一定的预变形，使得复合膜在后续的热收缩过程中方便形成褶皱结构。
如图2所示，沿着所述弹性膜1的边缘设置圆环框2(外径为6cm，内径为4.2cm)，所述圆环框2包括依序贴附在所述弹性膜1上的双面胶层2a和塑料层2b；
如图3所示，将去除所述锡箔纸A之后，在所述圆环框2内的所述弹性膜1上形成导电膜3，具体是，利用真空抽滤法在所述圆环框2内的所述弹性膜1上抽滤一层抽滤量为5μg/cm2～40μg/cm2纳米银线(AgNWs)层，从而形成所述复合膜；
如图3所示，沿着所述圆环框2的内边缘切割所述复合膜，并对所述复合膜进行热收缩处理，具体是，在所述弹性膜1背向所述导电膜3的一侧上贴附一层热释放胶(图中未示出)；
将贴附有所述热释放胶的所述复合膜置于加热台上，具体是，所述热释放胶置于所述加热台的加热表面上，所述加热台的加热温度为80℃～180℃，加热时长持续1.5～3分钟(最佳时长为2分钟)，直到所述复合膜发生收缩形变，从而形成具有褶皱结构的复合膜。其中，具有褶皱结构的所述复合膜就是本实施例的可拉伸电极。
本实施例的可拉伸电极的制作方法采用了热收缩的方式，使得可拉伸电极在收缩的过程中自然地形成了均匀的褶皱结构，而且在热释放的过程中弹性膜能够与导电膜之间形成强粘结，从而提高了可拉伸电极的耐久度，减少了弹性模与导电膜之间发生裂纹和分层的现象。
图4a示出了现有的单轴机械拉伸工艺制备得到的褶皱结构。图4b示出了本发明实施例的可拉伸电极的表面形貌。对比两个附图可以看得出单轴机械拉伸工艺制备得到的褶皱结构只能在水平方向具有可拉伸性，在纵向无褶皱结构势必导致此方向无可拉伸性。而本发明得到的褶皱结构不具有取向性，因此导电膜的拉伸性能具有多角度的一致性。
图5示出了本实施例的可拉伸电极在超声处理前后的电极方阻的变化，根据附图可以看得出复合膜导电层载量达到20μg/cm2～30μg/cm2左右时，尤其是25μg/cm2时，复合膜具有非常好的牢度，说明弹性膜与导电膜之间具有很强的粘结强度。
图6示出了本实施例的可拉伸电极的随着拉伸度而变化的电阻的变化曲线图。具体以纳米银线的抽滤量为30μg/cm2为例，图中，X轴为复合膜(即为可拉伸电极本体)的单向拉伸的变形量，Y轴为电阻变化量与拉伸前初始电阻的比值。根据附图可以看出复合膜(即可拉伸电极本体)的拉伸度在500％(与初始状态相比拉伸5倍)内仍保有电学性能，拉伸度在200％(与初始状态相比拉伸2倍)范围内电阻变化只有初始电阻的6倍左右，而100％范围内，电阻变化只有原来的0.6左右，说明在一定范围内具有很好的电学稳定性。
图7示出了本实施例的可拉伸电极应用在ECG测试的示例。具体是纳米银线的抽滤量为30μg/cm2为例，根据附图可知，采用本实施例的可拉伸电极与采用现有常规的电极的测试信号数据之间几乎是相同的。可见，本实施例的可拉伸电极具有了弹性变形的功能的同时，还具有着与现有常规的电极相当的导电性能。
图8a至图8d示出了本实施例的可拉伸电极的收视率与静电纺丝工艺的电压的关系，其中，X轴是静电纺丝的外加电压，Y轴是热处理前后的复合膜面积变化率的绝对值。根据图8a可知增加纺丝电压能够增加弹性纤维的形变量，从而增加整个膜的预形变量，自然释放后膜的收缩率绝对值也增加。说明通过控制电纺丝施加电压能够调节复合膜的收缩率。其中，图8b是静电纺丝的外加电压为5kV时的可拉伸电极的褶皱形貌；图8c是静电纺丝的外加电压为7kV时的可拉伸电极的褶皱形貌；图8d是静电纺丝的外加电压为9kV时的可拉伸电极的褶皱形貌。
图9示出了本实施例的可拉伸电极的制作过程中，加热温度和电极收缩率之间的关系，其中，X轴为热处理温度，Y轴为热处理前后的复合膜面积变化率的绝对值，点线A表示原始得到的数据。曲线B表示根据初始点拟合形成的趋势曲线。根据附图可知温度增加能够增加复合膜的收缩率，但是在160℃以后继续增加热处理温度，膜的收缩率绝对值与160℃时的相差不大。说明通过控制热处理温度能够调节复合膜的收缩率。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、制作方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、制作方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、制作方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种可拉伸电极的制作方法，其特征在于，包括：
制作形成包括弹性膜和导电膜的复合膜；
对所述复合膜进行加热处理，以使所述弹性膜和所述导电膜同时发生收缩形变，从而使所述复合膜褶皱化；
其中，所述弹性膜为静电纺丝膜，所述导电膜为纳米银线膜。
2.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，对所述弹性膜进行加热处理包括：
在所述弹性膜的背向所述导电膜的表面上贴附热释放胶；
将贴附有热释放胶的复合膜置于加热台上，其中，热释放胶贴附在所述加热台的表面上；
利用所述加热台对贴附有热释放胶的复合膜进行加热。
3.根据权利要求2所述的制作方法，其特征在于，所述加热台的加热温度为80℃～180℃，所述加热台的加热时长为1.5～3分钟。
4.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，制作形成包括弹性膜和导电膜的复合膜包括：
在所述弹性膜的边沿上设置圆环框；
在圆环框内的所述弹性膜上形成导电膜；
沿着所述圆环框的内边沿切割所述弹性膜和所述导电膜，以形成复合膜。
5.根据权利要求4所述的制作方法，其特征在于，在圆环框内的所述弹性膜的表面上形成导电膜包括：
利用抽滤工艺在圆环框内的所述弹性膜上抽滤纳米银线，以形成导电膜。
6.根据权利要求5所述的制作方法，其特征在于，所述纳米银线的抽滤量为5μg/cm2～40μg/cm2。
7.根据权利要求4所述的制作方法，其特征在于，所述圆环框包括依序贴附在所述弹性膜上的双面胶层和塑料层。
8.一种利用权利要求1至7任意一项所述的制作方法制作形成的可拉伸电极。
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Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
BR9206204A (pt) * 1991-06-28 1994-12-13 Minnesota Mining & Mfg Processo para fabricar um filme que proporciona blindagem estática, e, filme
JP2004253588A (ja) * 2003-02-20 2004-09-09 Toyo Kohan Co Ltd 複合材及びその製造方法
CN105006450A (zh) * 2015-08-31 2015-10-28 中国科学院半导体研究所 一种可延展无机柔性led阵列的制备方法
CN105928452A (zh) * 2016-04-19 2016-09-07 武汉理工大学 一种高拉伸应变压电传感器及其制备方法
CN108560250A (zh) * 2018-04-24 2018-09-21 中国人民解放军总医院 一种基于导电纤维的柔性应变传感器的制备方法及其应用
CN109586608A (zh) * 2018-11-08 2019-04-05 北京化工大学 一种柔性可拉伸单电极摩擦纳米发电机及其制备方法
CN209297345U (zh) * 2019-01-18 2019-08-23 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 电子标签
CN110338808A (zh) * 2019-07-16 2019-10-18 浙江体育科学研究所 用于竞技运动员运动探测的可贴式柔性检测贴及制备方法

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
BR9206204A (pt) * 1991-06-28 1994-12-13 Minnesota Mining & Mfg Processo para fabricar um filme que proporciona blindagem estática, e, filme
JP2004253588A (ja) * 2003-02-20 2004-09-09 Toyo Kohan Co Ltd 複合材及びその製造方法
CN105006450A (zh) * 2015-08-31 2015-10-28 中国科学院半导体研究所 一种可延展无机柔性led阵列的制备方法
CN105928452A (zh) * 2016-04-19 2016-09-07 武汉理工大学 一种高拉伸应变压电传感器及其制备方法
CN108560250A (zh) * 2018-04-24 2018-09-21 中国人民解放军总医院 一种基于导电纤维的柔性应变传感器的制备方法及其应用
CN109586608A (zh) * 2018-11-08 2019-04-05 北京化工大学 一种柔性可拉伸单电极摩擦纳米发电机及其制备方法
CN209297345U (zh) * 2019-01-18 2019-08-23 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 电子标签
CN110338808A (zh) * 2019-07-16 2019-10-18 浙江体育科学研究所 用于竞技运动员运动探测的可贴式柔性检测贴及制备方法

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