CN112499620B - 一种拉伸非敏感的规则网状导体及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及纳米功能材料制备领域，提供了一种拉伸非敏感的规则网状导体及制备方法，该方法包括：S1、通过真空辅助限域法将低维导电材料抽滤到滤膜上，形成网状图案化导体；S2、将所述网状图案化导体转移到预拉伸基底上，释放所述预拉伸基底，即得拉伸非敏感的规则网状导体。本发明制备的拉伸非敏感的规则网状导体在拉伸下可以保持电阻不变，这将极大的提高拉伸电子学器件的性能；本发明方法简单易行，易于推广；本发明使用的材料体系简单可控、制作成本低廉，拥有重大的商业价值和实用意义。

Description

一种拉伸非敏感的规则网状导体及制备方法
技术领域
本发明涉及纳米功能材料制备领域，特别涉及一种拉伸非敏感的规则网状导体及制备方法。
背景技术
在下一代可穿戴电子器件以及软体机器人中，可拉伸电子学有着不可忽视的潜力(Wang,S.,Xu,J.,Wang,W.,Wang,G.N.,Rastak,R.,Molina-Lopez,F.,Chung,J.W.,Niu,S.,Feig,V.R.,Lopez,J.et al.(2018).Skin electronics from scalable fabrication ofan intrinsically stretchable transistor array.Nature 555,83-88)。在过去的十几年中，由于可拉伸导体的突破，可拉伸传感器、能量收集器件、储能器件和显示器得到了极大的发展(Niu,S.,Matsuhisa,N.,Beker,L.,Li,J.,Wang,S.,Wang,J.,Jiang,Y.,Yan,X.,Yun,Y.,Burnett,W.,Poon,A.S.Y.,Tok,J.B.H.,Chen,X.,Bao,Z.(2019).A wireless bodyarea sensor network based on stretchable passive tags.Nat.Electron.2,361-368)。当前可拉伸导体主要包括结构基可拉伸导体、复合基导体和本征可拉伸导体(Matsuhisa,N.,Chen,X.,Bao,Z.,Someya,T.(2019).Materials and structural designsof stretchable conductors.Chem.Soc.Rev.48,2946-2966)。这些结构上的设计以及材料创新大部分都是致力导体和拉伸应变的兼容。然而制备在拉伸下保持稳定且高的电学导电性导体一直是一个巨大的挑战。
目前制备在拉伸下保持稳定且高的电学导电性导体是通过用网状结构或预拉伸基底实现的纵波结构。但是网络结构或纵波结构的实现要么需要复杂的制备方法，要么不适合需要低剖面高度的平面型器件。
发明内容
本发明的目的就是解决现有技术的不足，提供了一种拉伸非敏感的规则网状导体及制备方法，该制备方法提出真空辅助限域法，制备了拉伸非敏感的规则网状导体，该导体具有低的剖面高度，且在拉伸应变下可以保持稳定且高的电学导电性。
本申请采用如下技术方案：
一种拉伸非敏感的规则网状导体的制备方法，包括如下步骤：
S1、通过真空辅助限域法将低维导电材料抽滤到滤膜上，形成网状图案化导体；
S2、将所述网状图案化导体转移到预拉伸基底上，释放所述预拉伸基底，即得拉伸非敏感的规则网状导体。
进一步的，步骤S1中，所述低维导电材料为金属或合金的纳米线、纳米棒、纳米管、纳米片和纳米颗粒，或碳的纳米管、纳米线、纳米棒、纳米片、纳米颗粒，或石墨烯，或MXene二维材料中的一种或几种。
进一步的，步骤S1中，所述滤膜为具有网状图案化的滤膜。
进一步的，步骤S1中，所述真空辅助限域法，为真空抽滤和图案化模板限域法的结合，即在真空抽滤过程中，气流将低维导电材料限域在网状图案化滤膜的固定位置，即得到网状图案化的导体。
进一步的，所述方法具体包括：
S1、制备具有网状图案化的滤膜；取100μl银纳米线Ag NWs的乙醇溶液和800μl的无水乙醇(按比例即可)均匀混合，然后通过真空抽滤，将Ag NWs抽滤在具有网状图案化的滤膜上；
S2、将抽滤在具有网状图案化滤膜的Ag NWs转移至预拉伸基底上，再释放预拉伸基底，即得拉伸非敏感的规则网状导体。
进一步的，所述方法具体包括：
S1、制备具有网状图案化的滤膜；取100μl二维钛碳化铝(Ti3C2Tx)MXene水溶液和1000μl的去离子水(按比例即可)均匀混合，然后通过真空抽滤，将Ti3C2Tx MXene抽滤在具有网状图案化的滤膜上，形成网状图案化导体；
S2、将抽滤在具有网状图案化滤膜的Ti3C2Tx MXene转移至预拉伸基底上，再释放预拉伸基底，即得拉伸非敏感的规则网状导体。
进一步的，所述方法具体包括：
S1、制备具有网状图案化的滤膜；取100μl碳纳米管的二甲基甲酰胺溶液和700μl的二甲基甲酰胺(按比例即可)均匀混合，然后通过真空抽滤，将碳纳米管抽滤在具有网状图案化的滤膜上，形成网状图案化导体；
S2、将抽滤在具有网状图案化滤膜的碳纳米管转移至预拉伸基底上，再释放预拉伸基底，即得拉伸非敏感的规则网状导体。
进一步的，所述基底为可拉伸胶带或者可拉伸聚合物。
进一步的，所述基底为VHB胶带或者Ecoflex膜。
进一步的，所述方法还包括：
S3、测量在0到80％拉伸应变下所述拉伸非敏感的规则网状导体的电学性能，其电学性能几乎不变。
本发明还提供了一种拉伸非敏感的规则网状导体，采用上述的拉伸非敏感的规则网状导体的制备方法得到。
本发明的有益效果为：本发明导体在拉伸下可以保持电阻不变，这将极大的提高拉伸电子学器件的性能；本发明方法简单易行，易于推广；本发明使用的材料体系简单可控、制作成本低廉，拥有重大的商业价值和实用意义。
附图说明
图1所示为实施例中的网状图案化的滤膜示意图。
图2所示为实施例中规则网状的银纳米线导体示意图。
图3所示为实施例1中规则网状的银纳米线导体的电学性能示意图；本图说明制备的银纳米线导体的电学性能是拉伸非敏感的。
图4所示为实施例2中规则网状的Ti3C2Tx MXene导体示意图。
图5所示为实施例3中规则网状的碳纳米管导体示意图。
具体实施方式
下文将结合具体附图详细描述本发明具体实施例。应当注意的是，下述实施例中描述的技术特征或者技术特征的组合不应当被认为是孤立的，它们可以被相互组合从而达到更好的技术效果。
本发明实施例一种拉伸非敏感的规则网状导体的制备方法，包括如下步骤：
S1、通过真空辅助限域法将低维导电材料抽滤到滤膜上，形成网状图案化导体；
S2、将所述网状图案化导体转移到预拉伸基底上，释放所述预拉伸基底，即得拉伸非敏感的规则网状导体。
实施例1
1、制备具有网状图案化的滤膜，如图1所示；
2、取100μl银纳米线(Ag NWs)乙醇溶液和800μl的无水乙醇均匀混合，然后通过真空抽滤，将Ag NWs抽滤在具有网状图案化的滤膜上；
3、将抽滤在具有网状图案化滤膜的Ag NWs转移至预拉伸的VHB胶带或者Ecoflex膜上，再释放预拉伸的VHB胶带或者Ecoflex膜，即可得到规则网状导体，如图2所示，可以看出，制备的银纳米线导体具有规则网状结构；
4、测量在0到90％拉伸应变下规则网状导体的电学性能，规则网状Ag NWs导体的电学性能几乎不变，如图3所示，图3示出了导体相对电阻(R/R0)与应变的关系。
实施例2
1、制备具有网状图案化的滤膜，如图1所示；
2、取100μl Ti3C2Tx MXene水溶液和1000μl的去离子水均匀混合，然后通过真空抽滤，将碳纳米管抽滤在具有网状图案化的滤膜上；
3、将抽滤在具有网状图案化滤膜的Ti3C2Tx MXene转移至预拉伸的VHB胶带或者Ecoflex膜上，再释放预拉伸的VHB胶带或者Ecoflex膜，即可得到规则网状导体，如图4所示，可以看出，制备的Ti3C2Tx MXene导体具有规则网状结构；
4、测量在0到80％拉伸应变下规则网状导体的电学性能，规则网状Ti3C2Tx MXene导体的电学性能几乎不变。
实施例3
1、制备具有网状图案化的滤膜，如图1所示；
2、取100μl碳纳米管二甲基甲酰胺溶液和700μl的二甲基甲酰胺均匀混合，然后通过真空抽滤，将碳纳米管抽滤在具有网状图案化的滤膜上；
3、将抽滤在具有网状图案化滤膜的碳纳米管转移至预拉伸的VHB胶带或者Ecoflex膜上，再释放预拉伸的VHB胶带或者Ecoflex膜，即可得到规则网状导体，如图5所示，可以看出，制备的碳纳米管导体具有规则网状结构；
4、测量在0到90％拉伸应变下规则网状导体的电学性能，规则网状碳纳米管导体的电学性能几乎不变。
本发明通过真空辅助限域法将导电的低维材料抽滤在网状图案化滤膜上，形成规则网状导体，再将其转移到预拉伸的基底上，释放预拉伸基底，即可得到拉伸非敏感的规则网状导体，该导体在拉伸下可以保持电阻不变，极大提高拉伸电子学器件的性能。本发明使用的材料体系简单可控、制作成本低廉，拥有重大的商业价值和实用意义。
本文虽然已经给出了本发明的几个实施例，但是本领域的技术人员应当理解，在不脱离本发明精神的情况下，可以对本文的实施例进行改变。上述实施例只是示例性的，不应以本文的实施例作为本发明权利范围的限定。

Claims (8)

1.一种拉伸非敏感的规则网状导体的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
S1、通过真空辅助限域法将低维导电材料抽滤到滤膜上，形成网状图案化导体，所述滤膜为具有网状图案化的滤膜；所述真空辅助限域法为真空抽滤和图案化模板限域法的结合，即在真空抽滤过程中，气流将低维导电材料限域在网状图案化滤膜的固定位置，即得到网状图案化的导体；
S2、将所述网状图案化导体转移到预拉伸基底上，释放所述预拉伸基底，即得拉伸非敏感的规则网状导体。
2.如权利要求1所述的拉伸非敏感的规则网状导体的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述低维导电材料为金属或合金的纳米线、纳米棒、纳米管、纳米片和纳米颗粒，或碳的纳米管、纳米线、纳米棒、纳米片、纳米颗粒，或石墨烯，或MXene二维材料中的一种或几种。
3.如权利要求1所述的拉伸非敏感的规则网状导体的制备方法，其特征在于，所述方法具体包括：
S1、制备具有网状图案化的滤膜；按比例取100μl银纳米线Ag NWs的乙醇溶液和800μl的无水乙醇均匀混合，然后通过真空抽滤，将Ag NWs抽滤在具有网状图案化的滤膜上；
S2、将抽滤在具有网状图案化滤膜的Ag NWs转移至预拉伸基底上，再释放预拉伸基底，即得拉伸非敏感的规则网状导体。
4.如权利要求1所述的拉伸非敏感的规则网状导体的制备方法，其特征在于，所述方法具体包括：
S1、制备具有网状图案化的滤膜；按比例取100μl二维钛碳化铝Ti3C2Tx MXene水溶液和1000μl的去离子水均匀混合，然后通过真空抽滤，将Ti3C2Tx MXene抽滤在具有网状图案化的滤膜上，形成网状图案化导体；
S2、将抽滤在具有网状图案化滤膜的Ti3C2Tx MXene转移至预拉伸基底上，再释放预拉伸基底，即得拉伸非敏感的规则网状导体。
5.如权利要求1所述的拉伸非敏感的规则网状导体的制备方法，其特征在于，所述方法具体包括：
S1、制备具有网状图案化的滤膜；按比例取100μl碳纳米管的二甲基甲酰胺溶液和700μl的二甲基甲酰胺均匀混合，然后通过真空抽滤，将碳纳米管抽滤在具有网状图案化的滤膜上，形成网状图案化导体；
S2、将抽滤在具有网状图案化滤膜的碳纳米管转移至预拉伸基底上，再释放预拉伸基底，即得拉伸非敏感的规则网状导体。
6.如权利要求3-5任一项所述的拉伸非敏感的规则网状导体的制备方法，其特征在于，所述基底为可拉伸胶带或者可拉伸聚合物。
7.如权利要求3-5任一项所述的拉伸非敏感的规则网状导体的制备方法，其特征在于，所述方法还包括：
S3、测量在0到80%拉伸应变下所述拉伸非敏感的规则网状导体的电学性能，其电学性能几乎不变。
8.一种拉伸非敏感的规则网状导体，其特征在于，采用如权利要求1-7任一项所述的拉伸非敏感的规则网状导体的制备方法得到。
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