CN111951998A - 可拉伸多芯导电元件及其制备方法、可拉伸电缆与可拉伸电容传感器 - Google Patents

可拉伸多芯导电元件及其制备方法、可拉伸电缆与可拉伸电容传感器 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种可拉伸多芯导电元件，包括内层可拉伸导线与外层可拉伸导线；内层可拉伸导线由一个以上彼此绝缘可拉伸导线单元组成；每个可拉伸导线单元以液态金属作为中心导体，其外围包覆弹性绝缘层；并且，各可拉伸导线单元沿着长度方向并行排列在一起或者套接在一起；外层可拉伸导线由弹性导电材料与弹性绝缘材料组成；弹性导电材料包覆在内层可拉伸导线的外围形成屏蔽层，弹性绝缘材料包覆在屏蔽层外围形成保护层。该可拉伸多芯导电元件结构简单，易制作，具有高电导性与高拉伸性，可作为可拉伸电缆与可拉伸电容传感器，具有良好的应用前景。

Description

可拉伸多芯导电元件及其制备方法、可拉伸电缆与可拉伸电 容传感器
技术领域
本发明涉及柔性电子技术领域，特别涉及可拉伸多芯导电元件及其制备方法、可拉伸电缆与可拉伸电容传感器。
背景技术
随着物联网与可穿戴技术的发展，柔弹性、可伸缩器件是未来电子器件发展的主流趋势。其中，弹性导线、弹性传感器是柔弹性器件发展的关键单元，近年来受到人们的广泛关注，尤其用于信号传输的同轴电缆、信号收集的传感器，对于电子产品的小型化、便携性和舒适性非常重要。
目前，同轴电缆是由一对导体组成，按“同轴”形式构成线对。同轴电缆的中心导体层是单根铜芯导线，再裹一层绝缘材料作为绝缘层，外覆密集金属网状导体作为屏蔽层，最外面是一层起保护性作用的塑料外套，但是中心导体、绝缘层、屏蔽层和保护层不具有高弹性，无法实现拉伸性能。
弹性导线主要有两种方式制备形成，一种是由多股铜线缠绕成螺旋结构，在拉伸时螺旋结构被拉直，从而保持导电的连续性，但是这种螺旋结构会占有比较大空间，不利于器件的集成化和小型化，再者，铜线的刚度比较大，在穿戴中会有比较大的异物感；另一种是由导电纤维线编织成具有拉伸特点的面料，但是，这种材料的导电性较差，而且稳定性较差，不耐腐蚀，不耐水洗。此外，弹性导线都没有考虑实际应用中存在电磁信号的干扰，未能对其进行保护。
弹性电容型传感器一般是电极层、介电层、电极层的三明治结构，主要是利用弹性导电材料和弹性介电材料弹性的特点，在拉伸时介电层的厚度变小，电极层的面积变大，从而电容增大。目前弹性电容型传感器主要以平面型结构为主，阵列式结构是将单个传感器沿着XY方向上进行扩展，可以实现平面内受到刺激点的准确定位。目前的弹性电容型传感器虽然对拉伸形变有很好的响应，但是在弯曲形变时同样有响应，所以当传感器应用在同时有弯曲和拉伸的环境中时，传感器无法获得精准的拉伸变化，即拉伸形变的信号会受到弯曲形变的干扰。
发明内容
针对上述技术现状，本发明提供一种可拉伸同轴导电元件，其结构简单，具有高导电性与高弹性。
本发明提供的技术方案为：一种可拉伸多芯导电元件，其特征是：包括内层可拉伸导线与外层可拉伸导线；
内层可拉伸导线由一个以上可拉伸导线单元组成；可拉伸导线单元彼此绝缘；每个可拉伸导线单元以液态金属作为中心导体，其外围包覆弹性绝缘层；并且，各可拉伸导线单元沿着长度方向并行排列在一起或者套接在一起；
外层可拉伸导线由弹性导电材料与弹性绝缘材料组成；弹性导电材料包覆在内层可拉伸导线的外围形成弹性屏蔽层，弹性绝缘材料包覆在弹性屏蔽层外围形成弹性保护层。
所述套接在一起是指一个可拉伸导线单元的中心导体套设在另一个或者几个可拉伸导线单元的外围，形成液态金属包覆层。
作为一种实现方式，弹性屏蔽层全包覆在内层可拉伸导线的外围，即，内层可拉伸导线的外围均被弹性屏蔽层覆盖。作为另一种实现方式，弹性屏蔽层部分包覆在内层可拉伸导线的外围，即，内层可拉伸导线的外围中一部分覆盖着弹性屏蔽层。作为优选，弹性屏蔽层在内层可拉伸导线的外围形成一定图案，以满足对功能器件的设计。所述图案不限，包括柱状、间歇式柱状、网格、三角波、正弦波等图案中一种或多种。
所述弹性绝缘层由弹性体构成。所述弹性体是指在外力作用下可以发生形变，撤去外力后具有一定的形变恢复能力的非导体材料，包括但不限于弹性织物、乳胶、硅胶、聚氨酯(PU)、聚乳酸(PLA)、氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物(SEBS)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚氧化乙烯(POE)、脂肪族芳香族无规共聚酯(Ecoflex)、天然橡胶、合成橡胶等弹性材料或以它们为基底掺杂炭黑、白炭黑、碳纳米管、银纳米线、银包镍颗粒等复合材料等材料中的一种或多种。
各可拉伸导线的弹性绝缘层材料可以相同，也可以不同。
所述液态金属是指在室温下为液态的金属材料，包括但不限于汞、镓铟合金、镓铟锡合金，或者过渡族金属元素、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。
各可拉伸导线中的液态金属材料可以相同，也可以不同。
所述弹性屏蔽层材料是指具有一定电场屏蔽作用的弹性材料，包括但不限于导电织物、金属纳米材料、石墨烯、碳纳米管、石墨、液态金属、导电胶、导电凝胶、导电银浆等材料中的一种或多种，以及它们中一种或多种与乳胶、硅胶、聚氨酯(PU)、聚乳酸(PLA)、氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物(SEBS)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚氧化乙烯(POE)、脂肪族芳香族无规共聚酯(Ecoflex)、天然橡胶、合成橡胶等弹性材料形成的复合材料。金属纳米材料包括但不限于金、银、铜、铝、锌等。导电织物包括但不限于银丝、铜丝、导电纤维等编织而成的导电材料。
本发明的可拉伸多芯线电缆的制备方法可以如下：
(1)将液态金属填充到弹性绝缘管中，形成弹性绝缘层包覆中心导体的可拉伸导线单元；
(2)重复步骤(1)多次，得到若干可拉伸导线单元；
(3)将步骤(2)得到的可拉伸导线单元并行排列和/或者套接在一起，使每个中心导体沿着长度方向的中心轴互相平行；
(4)在步骤(3)处理后的可拉伸导线的外围包覆弹性导电材料作为弹性屏蔽层，在弹性屏蔽层外围包覆弹性绝缘材料作为弹性保护层。
所述弹性绝缘管是指在外力作用下可以发生形变，撤去外力后具有一定的形变恢复能力的绝缘管状材料，包括但不限于乳胶、硅胶、聚氨酯(PU)、聚乳酸(PLA)、氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物(SEBS)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚氧化乙烯(POE)、脂肪族芳香族无规共聚酯(Ecoflex)、天然橡胶、合成橡胶等弹性材料或以它们为基底掺杂炭黑、白炭黑、碳纳米管、银纳米线、银包镍颗粒等复合材料等材料中的一种或多种。作为优选，所述的弹性绝缘管采用硅胶管。
所述步骤(1)中，将第一液态金属填充到弹性绝缘管中的方法不限，包括注射、真空/负压吸入、3D打印、挤出等方法中一种或多种。作为优选，采用注射的方法。
所述步骤(4)中，包覆方法不限，包括编织、刮涂、涂覆、共挤出、喷涂、热压等方法中的一种或多种。作为优选，采用编织的方式实现包覆。
作为优选，所述步骤(4)中，弹性屏蔽层在可拉伸导线的外围形成一定图案，以满足对功能器件的设计。所述图案不限，包括柱状、间歇式柱状、网格、三角波、正弦波等图案中一种或多种。作为进一步优选，以可拉伸多芯导电元件的长度方向为轴，所述图案呈轴对称结构。
本发明采用若干由液态金属与包覆在液态金属外围的弹性绝缘层构成的可拉伸导线单元作为内层，在其外围包覆弹性屏蔽层，在弹性屏蔽层外围包覆弹性保护层，构成可拉伸多芯导电元件，具有如下优点：
(1)液态金属具有优异的导电性，其电导率达到2×106S/m；同时，液态金属具有优异的“柔性”，作为导电体不会限制弹性体的拉伸性能，因此本发明的导线元件兼具高电导性与高拉伸性，其电导率可达到3.4×106S/m，拉伸倍率可高达3200％。
(2)本发明的导线元件可作为多芯线缆使用，此时，各可拉伸导线单元的两端都接入电路，用于传输电信号，具有高电导率、高拉伸性与高稳定性，并且具有抗电磁干扰和抗弯折性能强的优点。
(3)本发明的导线元件作为电容传感器使用，此时，可拉伸导线单元中的液态金属作为作为一个电极层，弹性屏蔽层作为另一个电极层，两个电极层之间的弹性绝缘层作为介电层，电路的正极电连接一电极层，电路的负极电连接另一个电极层。该当发生拉伸形变和/或弯曲形变时该电容传感器的电容发生变化。
当以可拉伸多芯导电元件的长度方向为轴，弹性屏蔽层呈轴对称结构时，若该电容传感器发生弯曲形变，导电层和绝缘层在弯曲方向上的内外两侧电容发生一增一减的变化，整体电容变化值相互抵消，即该结构的电容传感器对弯曲应变不敏感，避免了拉伸应变的信号受到弯曲形变干扰的问题。
当以可拉伸多芯导电元件的长度方向为轴，弹性屏蔽层仅包覆在内层可拉伸导线轴向一侧的外围时，传感器对弯曲形变具有高敏感响应。
当以可拉伸多芯导电元件的长度方向为轴，沿着轴向弹性屏蔽层由若干子部分组成，相邻部分间存在一定间隔，即，弹性屏蔽层呈间断式结构，此时，当各子部分连接电路，传感器可以对形变发生的位置进行精准探测。
(4)本发明结构简单，易于制作，外层可拉伸导线中的弹性绝缘层、弹性屏蔽层有助于保护电子元件，便于与其他电路连接与集成。
附图说明
图1是本发明实施例1中可拉伸同轴导电元件的截面结构示意图。
图2是本发明实施例1中可拉伸同轴导电元件的包覆结构示意图。
图3是本发明实施例2中可拉伸同轴导电元件的截面结构示意图。
图4是本发明实施例2中可拉伸同轴导电元件的包覆结构示意图。
图5是图4的剖面结构示意图。
图6是本发明实施例3中可拉伸同轴导电元件的截面结构示意图。
图7是本发明实施例3中可拉伸同轴导电元件的包覆结构示意图。
图8是本发明实施例4中可拉伸同轴导电元件的截面结构示意图。
图9是本发明实施例4中可拉伸同轴导电元件的包覆结构示意图。
图10是本发明实施例5中可拉伸同轴导电元件的截面结构示意图。
图11是本发明实施例5中可拉伸同轴导电元件的包覆结构示意图。
图12是本发明实施例6中可拉伸同轴导电元件的截面结构示意图。
图13是本发明实施例6中可拉伸同轴导电元件的包覆结构示意图。
图14是本发明实施例7中可拉伸同轴导电元件的截面结构示意图。
图15是本发明实施例7中可拉伸同轴导电元件的包覆结构示意图。
其中，附图标记为：1液态金属、2弹性体绝缘层、3弹性导电屏蔽层、4弹性保护层。
具体实施方式
下面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，而对其不起任何限定作用。
实施例1：
本实施例中，如图1、2所示，可拉伸导电元件由内层可拉伸导线与外层可拉伸导线组成。内层可拉伸导线由一个可拉伸导线单元组成。可拉伸导线单元以液态金属1作为中心导体，其外围包覆弹性绝缘层2。外层可拉伸导线由弹性导电屏蔽材料与弹性绝缘材料组成；弹性导电屏蔽材料同轴包覆在内层可拉伸导线的外围形成弹性导电屏蔽层3，弹性绝缘材料同轴包覆在弹性导电屏蔽层外围形成弹性保护层4。
液态金属1选用GaInSn合金；弹性绝缘层材料选用SEBS；弹性导电屏蔽层材料选用液态金属GaInSn合金；弹性保护层材料选用SEBS。
该可拉伸多芯导电元件的制备方法如下：
首先，向SEBS弹性管中注射液态金属GaInSn，形成中心导体和绝缘层，然后将上述绝缘层的外围同轴包覆一层液态金属GaInSn，形成弹性导电屏蔽层，最后在弹性导电屏蔽层的外围同轴全包覆一层弹性体SEBS，形成保护层，即可得到可拉伸导电元件。
该可拉伸多芯导电元件可作为多芯线缆使用，此时，可拉伸导线单元的两端都接入电路，用于传输电信号，具有高电导率、高拉伸性，以及抗电磁干扰和抗弯折性能强的优点。
该可拉伸多芯导电元件可作为电容传感器使用，此时，可拉伸导线单元中的液态金属作为一个电极层，弹性屏蔽层作为另一个电极层，两个电极层之间的弹性绝缘层作为介电层，电路的正极电连接一电极层，电路的负极电连接另一个电极层。该电容传感器对拉伸形变敏感，但是对弯曲形变不敏感。
实施例2：
本实施例中，如图3、4、5所示，可拉伸导电元件由内层可拉伸导线与外层可拉伸导线组成。内层可拉伸导线由一个可拉伸导线单元组成。可拉伸导线单元以液态金属1作为中心导体，其外围包覆弹性绝缘层2。外层可拉伸导线由弹性导电屏蔽材料与弹性绝缘材料组成；弹性导电屏蔽材料同轴间歇式包覆在内层可拉伸导线的外围形成弹性导电屏蔽层3，并且弹性绝缘材料同轴包覆在弹性导电屏蔽层外围形成弹性保护层4。
液态金属1选用GaInSn合金；弹性绝缘层材料选用热塑性弹性材料聚氨酯PU；弹性导电屏蔽材料选用银粉掺杂聚氨酯构成的弹性导电材料；弹性保护层材料选用热塑性弹性材料聚氨酯PU。
该可拉伸多芯导电元件的制备方法如下：
首先，向聚氨酯弹性管中注射液态金属GaInSn，形成中心导体和弹性绝缘层；然后，将弹性绝缘层的外围同轴包覆一层具有间歇式圆柱结构的液态金属GaInSn，形成弹性导电屏蔽层，如图5所示，间歇式圆柱结构由若干子圆柱结构组成；最后，将弹性导电屏蔽层的外围包覆一层弹性体聚氨酯，形成弹性保护层，即可得到可拉伸多阶电容传感器。
该可拉伸多芯导电元件可作为多芯线缆使用，此时，可拉伸导线单元的两端都接入电路，用于传输电信号，具有高电导率、高拉伸性，以及抗电磁干扰和抗弯折性能强的优点。
该可拉伸多芯导电元件可作为电容传感器使用，此时，可拉伸导线单元中的液态金属作为一个电极层，弹性屏蔽层作为另一个电极层，两个电极层之间的弹性绝缘层作为介电层，电路的正极电连接一电极层，电路的负极分别电连接另一个电极层的各子圆柱结构。该电容传感器对拉伸形变敏感，但是对弯曲形变不敏感，并且能够对拉伸形变发生的位置进行精准探测。
实施例3：
本实施例中，如图6、7所示，可拉伸导电元件由内层可拉伸导线与外层可拉伸导线组成。内层可拉伸导线由两个可拉伸导线单元组成。每个可拉伸导线以液态金属1作为中心导体，其外围包覆弹性绝缘层2。如图6、7所示，两个可拉伸导线单元并行排列，其中心导体沿着长度方向的中心轴互相平行。
外层可拉伸导线由弹性导电屏蔽材料与弹性绝缘材料组成；弹性导电屏蔽材料同轴包覆在内层可拉伸导线的外围形成弹性导电屏蔽层3，弹性绝缘材料同轴包覆在弹性导电屏蔽层外围形成弹性保护层4。
液态金属1选用GaInSn合金；弹性绝缘层材料选用热塑性弹性材料SEBS；弹性导电屏蔽材料选用液态金属GaInSn合金；弹性保护层材料选用热塑性弹性材料SEBS。
该可拉伸多芯导电元件的制备方法如下：
首先，向SEBS弹性管中注射液态金属GaInSn，形成由中心导体和绝缘层组成的可拉伸导线单元；将两个相同的可拉伸导线单元平行排列构成内层可拉伸导线，然后沿着长度方向在其外围包覆一层液态金属GaInSn形成弹性导电屏蔽层；最后，在弹性导电屏蔽层的外围同轴包覆一层弹性体SEBS，形成保护层，即可得到可拉伸导电元件。
该可拉伸多芯导电元件可作为多芯线缆使用，此时，可拉伸导线单元的两端都接入电路，用于传输电信号，具有高电导率、高拉伸性，以及抗电磁干扰和抗弯折性能强的优点。
该可拉伸多芯导电元件可作为电容传感器使用，此时，可拉伸导线单元中的液态金属作为一个电极层，弹性屏蔽层作为另一个电极层，两个电极层之间的弹性绝缘层作为介电层，电路的正极电连接一电极层，电路的负极电连接另一个电极层。该电容传感器对拉伸形变敏感，但是对弯曲形变不敏感。
实施例4：
本实施例中，如图8、9所示，可拉伸导电元件由内层可拉伸导线与外层可拉伸导线组成。内层可拉伸导线由三个可拉伸导线单元组成。每个可拉伸导线以液态金属1作为中心导体，其外围包覆弹性绝缘层2。如图8、9所示，三个可拉伸导线单元并行排列，其中心导体沿着长度方向的中心轴互相平行。
外层可拉伸导线由弹性导电屏蔽材料与弹性绝缘材料组成；弹性导电屏蔽材料同轴包覆在内层可拉伸导线的外围形成弹性导电屏蔽层3，弹性绝缘材料同轴包覆在弹性导电屏蔽层外围形成弹性保护层4。
液态金属1选用GaInSn合金；弹性绝缘层材料选用热塑性弹性材料SEBS；弹性导电屏蔽材料选用液态金属GaInSn合金；弹性保护层材料选用热塑性弹性材料SEBS。
该可拉伸多芯导电元件的制备方法如下：
首先，向SEBS弹性管中注射液态金属GaInSn，形成由中心导体和绝缘层组成的可拉伸导线单元；将三个相同的可拉伸导线单元平行排列构成内层可拉伸导线，然后沿着长度方向在其外围包覆一层液态金属GaInSn形成弹性导电屏蔽层；最后，在弹性导电屏蔽层的外围同轴包覆一层弹性体SEBS，形成保护层，即可得到可拉伸导电元件。
该可拉伸多芯导电元件可作为多芯线缆使用，此时，可拉伸导线单元的两端都接入电路，用于传输电信号，具有高电导率、高拉伸性，以及抗电磁干扰和抗弯折性能强的优点。
该可拉伸多芯导电元件可作为电容传感器使用，此时，可拉伸导线单元中的液态金属作为一个电极层，弹性屏蔽层作为另一个电极层，两个电极层之间的弹性绝缘层作为介电层，电路的正极电连接一电极层，电路的负极电连接另一个电极层。该电容传感器对拉伸形变敏感，但是对弯曲形变不敏感。
实施例5：
本实施例中，如图10、11所示，可拉伸导电元件由内层可拉伸导线与外层可拉伸导线组成。内层可拉伸导线由四个可拉伸导线单元组成。每个可拉伸导线以液态金属1作为中心导体，其外围包覆弹性绝缘层2。如图10、11示，四个可拉伸导线单元并行排列，其中心导体沿着长度方向的中心轴互相平行。
外层可拉伸导线由弹性导电屏蔽材料与弹性绝缘材料组成；弹性导电屏蔽材料同轴包覆在内层可拉伸导线的外围形成弹性导电屏蔽层3，弹性绝缘材料同轴包覆在弹性导电屏蔽层外围形成弹性保护层4。
液态金属1选用GaInSn合金；弹性绝缘层材料选用热塑性弹性材料SEBS；弹性导电屏蔽材料选用液态金属GaInSn合金；弹性保护层材料选用热塑性弹性材料SEBS。
该可拉伸多芯导电元件的制备方法如下：
首先，向SEBS弹性管中注射液态金属GaInSn，形成由中心导体和绝缘层组成的可拉伸导线单元；将四个相同的可拉伸导线单元平行排列构成内层可拉伸导线，然后沿着长度方向在其外围包覆一层液态金属GaInSn形成弹性导电屏蔽层，最后在弹性导电屏蔽层的外围同轴包覆一层弹性体SEBS，形成保护层，即可得到可拉伸导电元件。
该可拉伸多芯导电元件可作为多芯线缆使用，此时，可拉伸导线单元的两端都接入电路，用于传输电信号，具有高电导率、高拉伸性，以及抗电磁干扰和抗弯折性能强的优点。
该可拉伸多芯导电元件可作为电容传感器使用，此时，可拉伸导线单元中的液态金属作为一个电极层，弹性屏蔽层作为另一个电极层，两个电极层之间的弹性绝缘层作为介电层，电路的正极电连接一电极层，电路的负极电连接另一个电极层。该电容传感器对拉伸形变敏感，但是对弯曲形变不敏感。
实施例6：
本实施例中，如图12、13所示，可拉伸导电元件由内层可拉伸导线与外层可拉伸导线组成。内层可拉伸导线由两个可拉伸导线单元组成。每个可拉伸导线以液态金属1作为中心导体，其外围包覆弹性绝缘层2，并且两个可拉伸导线单元同轴套接在一起，即，第二个可拉伸导线单的中心导体包覆在第一个可拉伸导线单元的外围，形成液态金属包覆层。
外层可拉伸导线由弹性导电屏蔽材料与弹性绝缘材料组成；弹性导电屏蔽材料同轴包覆在内层可拉伸导线的外围形成弹性导电屏蔽层3，弹性绝缘材料同轴包覆在弹性导电屏蔽层外围形成弹性保护层4。
液态金属1选用GaInSn合金；弹性绝缘层材料选用热塑性弹性材料SEBS；弹性导电屏蔽材料选用液态金属GaInSn合金；弹性保护层材料选用热塑性弹性材料SEBS。
该可拉伸多芯导电元件的制备方法如下：
首先，向SEBS弹性管中注射液态金属GaInSn，形成中心导体和绝缘层；然后，在绝缘层的外侧同轴包覆一层液态金属GaInSn，形成套接的导电层，再在导电层外围包覆热塑性弹性材料SEBS，形成套接的绝缘层；最后，在套接的绝缘层外围包覆弹性导电屏蔽层，在弹性导电屏蔽层的外侧同轴包覆一层弹性体SEBS，形成弹性保护层，即可得到可拉伸导电元件。
该可拉伸多芯导电元件可作为多芯线缆使用，此时，可拉伸导线单元的两端都接入电路，用于传输电信号，具有高电导率、高拉伸性，以及抗电磁干扰和抗弯折性能强的优点。
该可拉伸多芯导电元件可作为电容传感器使用，此时，可拉伸导线单元中的液态金属作为一个电极层，弹性屏蔽层作为另一个电极层，两个电极层之间的弹性绝缘层作为介电层，电路的正极电连接一电极层，电路的负极电连接另一个电极层。该电容传感器对拉伸形变敏感，但是对弯曲形变不敏感。
实施例7：
本实施例中，如图14、15所示，可拉伸导电元件由内层可拉伸导线与外层可拉伸导线组成。内层可拉伸导线由三个可拉伸导线单元组成。每个可拉伸导线以液态金属1作为中心导体，其外围包覆弹性绝缘层2，并且三个可拉伸导线单元的中心导体沿着长度方向的中心轴互相平行，其中两个可拉伸导线单元并行排列，第三个可拉伸导线单元的中心导体包覆在两个并行排列的可拉伸导线单元的外围，形成包覆层。
外层可拉伸导线由弹性导电屏蔽材料与弹性绝缘材料组成；弹性导电屏蔽材料包覆在第三个可拉伸导线单元的弹性绝缘层外围，形成弹性导电屏蔽层3，弹性绝缘材料同轴包覆在弹性导电屏蔽层外围形成弹性保护层4。
液态金属1选用GaInSn合金；弹性绝缘层材料选用热塑性弹性材料SEBS；弹性导电屏蔽材料选用液态金属GaInSn合金；弹性保护层材料选用热塑性弹性材料SEBS。
该可拉伸多芯导电元件的制备方法如下：
首先，向SEBS弹性管中注射液态金属GaInSn，形成由中心导体和绝缘层组成的可拉伸导线单元；将两个相同的可拉伸导线单元并行排列，然后沿着长度方向在并行排列的两个可拉伸导线单元的外围包覆一层液态金属GaInSn，再在液态金属GaInSn层外围包覆一层弹性绝缘层材料；最后，在其外围包覆弹性导电屏蔽层，在弹性导电屏蔽层的外围同轴包覆一层弹性体SEBS，形成保护层，即可得到可拉伸导电元件。
该可拉伸多芯导电元件可作为多芯线缆使用，此时，可拉伸导线单元的两端都接入电路，用于传输电信号，具有高电导率、高拉伸性，以及抗电磁干扰和抗弯折性能强的优点。
该可拉伸多芯导电元件可作为电容传感器使用，此时，可拉伸导线单元中的液态金属作为一个电极层，弹性屏蔽层作为另一个电极层，两个电极层之间的弹性绝缘层作为介电层，电路的正极电连接一电极层，电路的负极电连接另一个电极层。该电容传感器对拉伸形变敏感，但是对弯曲形变不敏感。
以上所述的实施例对本发明的技术方案和有益效果进行了详细说明，应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和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (13)

1.一种可拉伸多芯导电元件，其特征是：包括内层可拉伸导线与外层可拉伸导线；
内层可拉伸导线由一个以上可拉伸导线单元组成；可拉伸导线单元彼此绝缘；每个可拉伸导线单元以液态金属作为中心导体，其外围包覆弹性绝缘层；并且，各可拉伸导线单元沿着长度方向并行排列在一起或者套接在一起；
外层可拉伸导线由弹性导电材料与弹性绝缘材料组成；弹性导电材料包覆在内层可拉伸导线的外围形成弹性屏蔽层，弹性绝缘材料包覆在弹性屏蔽层外围形成弹性保护层。
2.如权利要求1所述的可拉伸多芯导电元件，其特征是：弹性屏蔽层全包覆或者部分包覆在内层可拉伸导线的外围；
作为优选，弹性屏蔽层在内层可拉伸导线的外围形成一定图案；
作为优选，所述图案包括柱状、间歇式柱状、网格、三角波、正弦波中一种或多种。
3.如权利要求1所述的可拉伸多芯导电元件，其特征是：所述弹性绝缘层由弹性体构成，所述弹性体包括弹性织物、乳胶、硅胶、聚氨酯、聚乳酸、氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物、聚二甲基硅氧烷、聚氧化乙烯、脂肪族芳香族无规共聚酯、天然橡胶、合成橡胶等弹性材料或以它们为基底掺杂炭黑、白炭黑、碳纳米管、银纳米线、银包镍颗粒中的一种或多种。
4.如权利要求1所述的可拉伸多芯导电元件，其特征是：所述液态金属包括汞、镓铟合金、镓铟锡合金，或者过渡族金属元素、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。
5.如权利要求1所述的可拉伸多芯导电元件，其特征是：所述弹性屏蔽层材料包括导电织物、金属纳米材料、石墨烯、碳纳米管、石墨、液态金属、导电胶、导电凝胶、导电银浆等材料中的一种或多种，以及它们中一种或多种与乳胶、硅胶、聚氨酯、聚乳酸、氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物、聚二甲基硅氧烷、聚氧化乙烯、脂肪族芳香族无规共聚酯、天然橡胶、合成橡胶等弹性材料形成的复合材料；
作为优选，金属纳米材料包括金、银、铜、铝、锌中的一种或者几种；
作为优选，导电织物包括银丝、铜丝、导电纤维编织而成的导电材料。
6.如权利要求1至5中任一权利要求所述的可拉伸多芯线电缆的制备方法，其特征是：包括如下步骤：
(1)将液态金属填充到弹性绝缘管中，形成弹性绝缘层包覆中心导体的可拉伸导线单元；
(2)重复步骤(1)多次，得到若干可拉伸导线单元；
(3)将步骤(2)得到的可拉伸导线单元并行排列和/或者套接在一起，使每个中心导体沿着长度方向的中心轴互相平行；
(4)在步骤(3)处理后的可拉伸导线的外围包覆弹性导电材料作为弹性屏蔽层，在弹性屏蔽层外围包覆弹性绝缘材料作为弹性保护层。
7.如权利要求6所述的可拉伸多芯线电缆的制备方法，其特征是：所述步骤(1)中，将第液态金属填充到弹性绝缘管中的方法包括注射、真空或者负压吸入、3D打印、挤出方法中一种或多种。
8.如权利要求6所述的可拉伸多芯线电缆的制备方法，其特征是：所述步骤(4)中，包覆方法包括编织、刮涂、涂覆、共挤出、喷涂、热压中的一种或多种；
作为优选，所述步骤(4)中，弹性屏蔽层在可拉伸导线的外围形成一定图案；
作为优选，所述图案包括柱状、间歇式柱状、网格、三角波、正弦波等图案中一种或多种；
作为优选，以可拉伸多芯导电元件的长度方向为轴，所述图案呈轴对称结构。
9.一种可拉伸电缆，包括如权利要求1至5中任一权利要求所述的可拉伸多芯导电元件。
10.一种可拉伸电容传感器，包括如权利要求1至5中任一权利要求所述的可拉伸多芯导电元件，电路的正极电连接可拉伸导线单元中的液态金属，电路的负极电连接弹性屏蔽层。
11.如权利要求10所述的可拉伸电容传感器，其特征是：以可拉伸多芯导电元件的长度方向为轴，弹性屏蔽层呈轴对称结构，所述电容传感器对弯曲应变不敏感。
12.如权利要求10所述的可拉伸电容传感器，其特征是：当以可拉伸多芯导电元件的长度方向为轴，弹性屏蔽层仅包覆在内层可拉伸导线轴向一侧的外围，传感器对弯曲形变具有高敏感响应。
13.如权利要求10所述的可拉伸电容传感器，其特征是：当以可拉伸多芯导电元件的长度方向为轴，沿着轴向弹性屏蔽层由若干子部分组成，相邻部分间存在一定间隔，当各子部分分别连接电路的负极，传感器对形变发生的位置进行精准探测。
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