CN210006479U - 一种可伸缩的柔性导电膜 - Google Patents
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Abstract
一种可伸缩的柔性导电膜:包括第一弹性基材层、导电线路层和第二弹性基材层,第一弹性基材层、导电线路层和第二弹性基材层依次复合,由此形成的复合结构整体呈非舒展的弯曲结构;第一弹性基材层选自TPU弹性薄膜、PET弹性薄膜或PI弹性薄膜中的一种,第二弹性基材层选自TPU弹性薄膜、橡胶、硅橡胶或TPE弹性薄膜中的一种。由此第一弹性基材层、导电线路和第二弹性基材层共同复合成一个将导电线路夹在中间的夹心复合体结构,第一弹性基材层和第二弹性基材层能够对设置于其两者之间的导电线路起到有效的表面保护作用和形变缓冲作用,使导电膜保持轻薄且具有良好的可拉伸性和可弯折性。
Description
技术领域
本实用新型属于柔性电路板领域,具体地,涉及一种可伸缩的柔性导电膜。
背景技术
随着电子行业的高速发展,对多功能、轻量化和薄小型电子部件的需求一直在迅速增长。预计在未来得到开发并利用的未来型装置中,例如,物联网智能包装、智能眼镜、智能衣服等,能够高度挠曲、结构轻薄的柔性电路板(Flexible Printed Circuit Board,FPC)具有更明朗的应用前景。
目前,具有可弯折可拉伸的FPC主要包括:基于覆铜PI膜(聚酰亚胺薄膜)发展的FPC、基于柔性金属导线发展的FPC、基于金属涂布的弹力导线发展的FPC、基于柔性银浆发展的FPC。上述列举的FPC各具特点,具体如下:
基于覆铜PI膜发展的FPC:在其制作过程中,需要在覆铜PI膜上蚀刻图案化,由此会产生大量废液,污染环境;由此制得的FPC具有优良的弯折性,在多次弯折后仍然能保持电路阻值的稳定,但是不可以拉伸。
基于柔性金属导线发展的FPC:在其制作过程中,需要采用缝纫或编织的技术实现图案化,然而,缝纫或编织实现电路的图案化难以实现大批量生产;由此制得的FPC具有优良的弯折性,在弯折后仍然可保持电路阻值的稳定,但是只具有有限的拉伸性能,一般不超过10%。
基于金属涂布的弹力导线发展的FPC:在其制作过程中,仍然需要采用缝纫或编织的技术实现图案化,同样地,缝纫或编织实现电路的图案化难以实现大批量生产;由此制得的FPC具有优良的弯折性,并且弯折后电路阻值变化一般不超过100%;另一方面,其拉伸性能可达到100%以上,同时,其具有较好的恢复性,即使反复拉伸数百次,其电阻变化通常也小于100%,但是随着拉伸其电路阻值会显著增大,由此对其的应用产生一定的不利影响。
基于柔性银浆发展的FPC:其制作方式通常是在PET膜(高温聚酯薄膜)、PI或可拉伸的TPU膜(热塑性聚氨酯弹性体橡胶膜)等基材层上以丝网等方式印刷柔性银浆,获得图案化的电路;由此制得的FPC具有较好的弯折性和拉伸性,但是,一般情况下,随着弯折或拉伸的次数增多,其阻值变大,而且其恢复性不佳,通常反复拉伸或弯折不到50-100次,其电路电阻就会超过100%,由此限制了应用了这种FPC的产品的使用寿命,也阻碍了这种FPC的进一步推广应用。
综上所述,目前普遍使用的FPC一般不同时具备良好的可弯折性和可拉伸性,反复的拉伸或弯折会使FPC的阻值发生明显的变化。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种可伸缩的柔性导电膜,以获得一种同时具备良好的可弯折性和可拉伸性的柔性导电膜。
根据本实用新型的一个方面,提供一种可伸缩的柔性导电膜:包括第一弹性基材层、导电线路层和第二弹性基材层,第一弹性基材层、导电线路层和第二弹性基材层依次复合,由此形成的复合结构整体呈弯曲状;第一弹性基材层选自TPU弹性薄膜、PET弹性薄膜或PI弹性薄膜中的一种或一种以上,第二弹性基材层选自TPU弹性薄膜、橡胶、硅橡胶或TPE弹性薄膜中的一种或一种以上。
优选地,复合结构呈曲面状或波浪状。
优选地,第一弹性基材层的厚度为25–125μm,第二弹性基材层的厚度为25–1000μm。
优选地,还包括补强层,第一弹性基材层包括相对的第一表面和第二表面;第一弹性基材与导电线路层复合的表面为第二表面,补强层与第一弹性基材复合的表面为第一表面。
优选地,补强层为纤维编织布或无纺布或硅胶。
优选地,第一弹性基材层与导电线路层通过胶粘复合。
优选地,第二弹性基材层与导电线路层通过胶粘复合。
优选地,第一弹性基材层与补强层通过胶粘复合。
本实用新型以第一弹性基材层(采用常用的柔性电路板基材层)作为导电线路的打印基底,在可拉伸的第二弹性基材层(采用常用的弹性柔性基材层)的弹性形变范围内设定一定的拉伸率,拉伸第二弹性基材层,然后将第二弹性基材层覆盖导电线路表面,复合完成后,对复合结构进行模切;在拉伸方向外力被撤去的情况下,本来处于拉伸状态的第二弹性基材层收缩,在此过程中,第二弹性基材层牵扯导电线路层和第一弹性基材层,使得复合结构整体最终弯曲呈曲面或波浪状等非舒展结构。而在产品使用时,拉伸产品,使导电膜中卷曲的导电线路层随之被拉伸而趋向于恢复至无拉伸无收缩的自然状态形变,减少由于拉伸形变而引起的电阻变化率,特别地,当拉伸到复合工艺加工所设定的拉伸率时,整个导电线路会随着复合结构被拉平至恢复原状,也就是说,导电线路本身伸长量为0,因此,导电线路的阻值在导电膜拉伸前后几乎不变。而当导电膜弯折时,由于有其本身具有的弯曲纹路作为缓冲,导电线路的阻值也几乎不变。此外,第二弹性基材层除了保护电路(防水,防刮花等)外,还可在基材层外面印刷装饰图案,提高产品的美观度。
而且,由此第一弹性基材层、导电线路和第二弹性基材层共同复合成一个将导电线路夹在中间的夹心复合体结构,第一弹性基材层和第二弹性基材层能够对设置于其两者之间的导电线路起到有效的保护作用,允许使用者根据实际情况省略专门为了保护导电线路而在导电线路表面复合或打印的其他保护层,从而使导电膜保持轻薄,且避免了复合了保护层使导电膜脆性增大、柔性降低、容易断裂等缺点。
另一方面,本实用新型通过对用于打印导电图形的纳米银浆的组分进行限定,采用设计得到的配方的纳米银浆,能够有针对性地有效提高导电线路的可拉伸性、可弯折性,由此制得的导电膜在100-500次的弯折后能够保持阻值的变化范围不超过10%,在100-500次的<=100%拉伸后能够保持阻值的变化范围不超过10%。
本实用新型通过涂布胶粘剂、采用带有背胶的基材层等粘结材料改善导电线路和第二弹性基材层的粘接性加固这两者之间的复合。进一步地,本实用新型在第一弹性基材层的背面设置补强层,由此,除了为第一弹性基材层提供额外的强度及更佳的恢复外(编织结构可以降低形变漂移),还提供与皮肤的接触舒适度,改善人体穿戴的体感。
附图说明
图1为实施例1中拉伸度设定为100%的条件下制得的柔性导电膜的实物图;
图2为实施例1中拉伸度设定为400%的条件下制得的柔性导电膜的实物图;
图3为实施例1中拉伸度设定为800%的条件下制得的柔性导电膜的实物图。
上述附图中的编号对应关系如下:1.第一弹性基材层,2.第二弹性基材层,3.导电线路层。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案,下面将对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分的实施例,而不是全部的实施例。
实施例1
主要仪器:丝网印刷机、凹印机、点胶机、R2R双向复合机。
本实施例提供两种纳米银浆,分别标记为①号纳米银浆和②号纳米银浆,具体的配方组成如表1所示。
表1本实施例提供的两种纳米银浆的配方组成
1.柔性导电膜A的制备:
S1.将实施例1制备的①号纳米银浆倒入丝网印刷机,在75μm的TPU膜(相当于第一弹性基材层1)的其中一个表面上印刷导电图形;印刷完成后在80-150℃下烘烤15-60分钟;烘烤结束后,即在TPU膜表面上形成了无流动性的导电线路,即,导电线路层3。
S2.将经过S1处理后得到的复合结构转移到R2R双向复合机上,利用R2R双向拉伸复合机上完成以下工序:
S2.1在100–800%范围内拉伸150μm的弹性TPU膜(相当于第二弹性基材层2);
S2.2将拉伸状态的TPU膜覆盖在导电线路层3上;
S2.3热压,热压温度设置为150-200℃。
S3.将经过S2处理后得到的复合结构模切成产品。
2.柔性导电膜B的制备:
S1.将表1提供的②号纳米银浆倒入丝网机,在50um PET膜(相当于第一弹性基材层1)的其中一个表面上印刷导电图形;印刷完成后,在80-150℃下烘烤15-60分钟;烘烤结束后,即在PET膜表面上形成了无流动性的导电线路,即,导电线路层3。
S2.将经过S1处理后得到的复合结构转移到R2R双向复合机上,利用R2R双向拉伸复合机上完成以下工序:
S2.1在100–800%范围内拉伸150μm的弹性TPU膜(相当于第二弹性基材层2);
S2.2将拉伸状态的TPU膜覆盖在导电线路层3上;
S2.3热压,热压温度设置为120-200℃。
S3.将经过S2处理后得到的复合结构模切成产品。
3.柔性导电膜C的制备:
S1.将表1提供的①号纳米银浆倒入凹印机,在75μm的PET膜(相当于第一弹性基材层1)的其中一个表面上印刷导电图形;印刷完成后,在80-150℃下烘烤15-60分钟;烘烤结束后,即在PET膜表面上形成了无流动性的导电线路,即,导电线路层3。
S2.将经过S1处理后得到的复合结构转移到R2R双向复合机上,利用R2R双向拉伸复合机上完成以下工序:
S2.1在100–800%范围内拉伸75μm的弹性TPU膜(相当于第二弹性基材层2);
S2.2在导电线路层3表面涂覆聚氨酯胶粘剂;
S2.3将拉伸状态的TPU膜覆盖在表面涂覆了聚氨酯胶粘剂的导电线路层3上。
S3.将经过S2处理后得到的复合结构模切成产品。
4.柔性导电膜D的制备:
S1.将表1提供的②号纳米银浆注入点胶机中,在50μm的PI膜(相当于第一弹性基材层1)的其中一个表面上印刷导电图形;印刷完成后,在150-200℃下烘烤15-60分钟;烘烤结束后,即在PI膜表面上形成了无流动性的导电线路,即,导电线路层3。
S2.将经过S1处理后得到的复合结构转移到R2R双向复合机上,利用R2R双向拉伸复合机上完成以下工序:
S2.1在100–800%范围内拉伸75μm的弹性TPU膜(相当于第二弹性基材层2);
S2.2在导电线路层3表面涂覆环氧胶粘剂;
S2.3将拉伸状态的TPU膜覆盖在表面涂覆了环氧胶粘剂的导电线路层3上。
S3.将经过S2处理后得到的复合结构模切成产品。
5.柔性导电膜E的制备:
S1.将100umTPU膜(相当于第一弹性基材层1)表面涂敷有机硅胶粘剂;
S2.将无织布复合在TPU膜涂有有机硅胶粘剂面上,形成补强层;
S3.将表1提供的①号纳米银浆注入点胶机,在S2处理得到的复合膜的没有复合无纺布的表面印刷导电图形;印刷完成后,在80-150℃下烘烤15-60分钟;烘烤结束后形成了无流动性的导电线路,即,导电线路层3。
S4.将经过S3处理后得到的复合结构转移到R2R双向复合机上,利用R2R双向拉伸复合机上完成以下工序:
S4.1在100–800%范围内拉伸250μm的弹性硅橡胶膜(相当于第二弹性基材层2);
S4.2在导电线路层3表面涂覆有机硅胶粘剂;
S4.3将拉伸状态的TPU膜覆盖在表面涂覆了有机硅胶粘剂的导电线路层3上。
S5.将经过S4处理后得到的复合结构模切成产品。
6.柔性导电膜F的制备:
S1.将50umTPU膜(相当于第一弹性基材层1)表面涂敷有机硅胶粘剂;
S2.将纤维编织布复合在TPU膜涂有有机硅胶粘剂面上,形成补强层;
S3.将表1提供的②号纳米银浆倒入凹印机,在S2处理得到的复合膜的没有复合纤维编织布的表面印刷导电图形;印刷完成后,在80-150℃下烘烤15-60分钟;烘烤结束后形成了无流动性的导电线路,即,导电线路层3。
S4.将经过S3处理后得到的复合结构转移到R2R双向复合机上,利用R2R双向拉伸复合机上完成以下工序:
S4.1在100–800%范围内拉伸250μm的弹性硅橡胶膜(相当于第二弹性基材层2);
S4.2在导电线路层3表面涂覆有机硅胶粘剂;
S4.3将拉伸状态的TPU膜覆盖在表面涂覆了有机硅胶粘剂的导电线路层3上。
S5.将经过S4处理后得到的复合结构模切成产品。
7.柔性导电膜G的制备:
S1.将表1提供的①号纳米银浆注入凹印机,使用凹印机在75μm的PET膜(相当于第一弹性基材层1)的其中一个表面上印刷导电图形,印刷完成后,将表面已经形成导电图形的PET膜在80℃下烧结15分钟,烧结结束后,PET膜材复合了石墨烯补强层的表面上形成了无流动性的导电线路,即,导电线路层3。
S2.将经过S1处理后得到的复合结构转移到R2R双向复合机上,利用R2R双向拉伸复合机上完成以下工序:
S2.1在100–800%范围内拉伸75μm的弹性TPU膜(相当于第二弹性基材层2);
S2.2在导电线路层3表面涂覆聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸(PEDOT/PSS);
S2.3将拉伸状态的TPU膜覆盖在表面涂覆了PEDOT/PSS的导电线路层3上。
S3.将经过S3处理后得到的复合结构模切成产品。
8.柔性导电膜H的制备:
S1.将表1提供的②号纳米银浆注入凹印机,使用凹印机在60μm的弹性TPU膜(相当于第一弹性基材层1)的其中一个表面上印刷导电图形,印刷完成后,将表面已经形成导电图形的TPU膜在80℃下烧结15分钟,烧结结束后,TPU膜材复合了石墨烯补强层的表面上形成了无流动性的导电线路,即,导电线路层3。
S2.将经过S1处理后得到的复合结构转移到R2R双向复合机上,利用R2R双向拉伸复合机上完成以下工序:
S2.1在100–800%范围内拉伸75μm的弹性TPU膜(相当于第二弹性基材层2);
S2.2在导电线路层3表面涂覆PEDOT/PSS;
S2.3将拉伸状态的TPU膜覆盖在表面涂覆了PEDOT/PSS的导电线路层3上。
S3.将经过S3处理后得到的复合结构模切成产品。
9.柔性导电膜I和柔性导电膜J的制备:
主要试剂:铜箔(Alfa Aesar,item no.13382,99.8%purity)、(NH4)2S2O8(Sigma-Aldrich,item no.248614,ACS reagent,98.0%)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)(溧阳市瑞普新材料有限公司)、聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸(PEDOT/PSS)(贝利化学(张家港)有限公司)、丙酮(天津市化学试剂六厂)。
本实施例分别采用实施例1表1提供的两种纳米银浆制备两种可伸缩的柔性导电膜,主要分为两个部分,第一部分是制作石墨烯补强层,第二部分是组装柔性导电膜,具体过程如下。
(1)制作石墨烯补强层
S1.将铜箔浸泡在0.1mol/L的(NH4)2S2O8溶液1分钟。
S2.取出铜箔,并将铜箔转移至管式马弗炉中进行反应:
S2.1启动连接管式马弗炉的真空泵,使马弗炉的反应室内的真空度降至3mTorr;
S2.2以40sccm的气体流量向管式马弗炉的反应室内通入H2,使反应室内温度从常温升温至1000℃,升温时间为60分钟,并达到1000℃时的状态下维持反应条件不变30分钟,由此去除铜箔基材中的铜;
S2.3调整反应室内的真空度至500mTorr,以10sccm的气体流量向反应室内通入CH4气体,反应时间为10分钟;
S2.4使反应室迅速冷却至常温,降温期间提供气流量为40sccm的H2作保护。
(2)组装柔性导电膜
柔性导电膜I的制备:
S1.在第一弹性基材层1的表面上复合石墨烯补强层:
S1.1在本实施例制备的石墨烯补强层的其中一面旋涂PMMA,以1800rpm的转速旋涂40秒,自然干燥至PMMA层凝固,将其浸泡在(NH4)2S2O8溶液12小时,取出复合了PMMA的石墨烯补强层,并用去离子水清洗3次。
S1.2将复合了PMMA的石墨烯补强层与75μm的PET膜(相当于第一弹性基材层1)的其中一个表面贴合,在室温下自然干燥1小时,然后在120℃下加热30分钟,自然冷却至室温。
S1.3采用丙酮洗涤S2制得的复合基材3次,去除其中的PMMA,由此制得了表面复合了石墨烯补强层的PET膜。
S2.在PET膜的复合了石墨烯补强层的表面复合导电线路层3:
将将表1提供的①号纳米银浆注入凹印机,使用凹印机在PET膜的复合了石墨烯补强层的表面上进行印刷导电图形,印刷完成后,将表面已经形成导电图形的PET膜在80℃下烧结15分钟,烧结结束后,PET膜复合了石墨烯补强层的表面上形成了导电线路,即,导电线路层3。
S3.将经过S2处理后得到的复合结构转移到R2R双向复合机上,利用R2R双向拉伸复合机上完成以下工序:
S3.1在100–800%范围内拉伸75μm的弹性TPU膜(相当于第二弹性基材层2);
S3.2在导电线路表面涂覆PEDOT/PSS;
S3.3将拉伸状态的TPU膜覆盖在表面涂覆了PEDOT/PSS的导电线路上;
S3.4热压,热压温度设置为120℃。
S4.将经过S3处理后得到的复合结构模切成产品。
柔性导电膜J的制备:
S1.在第一弹性基材层1的表面上复合石墨烯补强层:
S1.1在本实施例制备的石墨烯补强层的其中一面旋涂PMMA,以1800rpm的转速旋涂40秒,自然干燥至PMMA层凝固,将其浸泡在(NH4)2S2O8溶液12小时,取出复合了PMMA的石墨烯补强层,并用去离子水清洗3次。
S1.2将复合了PMMA的石墨烯补强层与60μm的弹性TPU膜(相当于第一弹性基材层1)的其中一个表面贴合,在室温下自然干燥1小时,然后在120℃下加热30分钟,自然冷却至室温。
S1.3采用丙酮洗涤S2制得的复合基材3次,去除其中的PMMA,由此制得了表面复合了石墨烯补强层的TPU膜。
S2.在TPU膜的复合了石墨烯补强层的表面复合导电线路层3:
将将表1提供的②号纳米银浆注入凹印机,使用凹印机在TPU膜的复合了石墨烯补强层3的表面上印刷导电图形,印刷完成后,将表面已经形成导电图形的TPU膜在80℃下烧结15分钟,烧结结束后,TPU膜复合了石墨烯补强层的表面上形成了导电线路,即,导电线路层3。
S3.将经过S2处理后得到的复合结构转移到R2R双向复合机上,利用R2R双向拉伸复合机上完成以下工序:
S3.1在100–800%范围内拉伸75μm的弹性TPU膜(相当于第二弹性基材层2);
S3.2在导电线路表面涂覆PEDOT/PSS;
S3.3将拉伸状态的TPU膜覆盖在表面涂覆了PEDOT/PSS的导电线路上;
S3.4热压,热压温度设置为120℃。
S4.将经过S3处理后得到的复合结构模切成产品。
本实施例制备的柔性导电膜如图1–3所示,其中,图1为拉伸度设定为100%的条件下制得的柔性导电膜的实物图,图2为拉伸度设定为400%的条件下制得的柔性导电膜的实物图,图3为拉伸度设定为800%的条件下制得的柔性导电膜的实物图。
实施例2
1.实验设置方式
可拉伸性实验操作:设置拉伸应变400%,拉伸循环250次。
可弯折性实验操作:采用2kg压力,180度正反对折250次。
2.数据采集
SX1944型数字四探针测试仪表征薄膜的方块电阻,对每块参试FPC均匀取5点进行测试。
3.测试对象
实验组:实施例1制备的柔性导电膜A和柔性导电膜B、实施例2制备的柔性导电膜A1和柔性导电膜B1、实施例3制备的柔性导电膜A2和柔性导电膜B2;
对照FPC①.覆铜PI膜FPC(深圳市齐远兴电子有限公司);对照FPC②.柔性金属导线FPC;对FPC③.金属涂布弹性编织柔性导线FPC(东莞市华星绳带科技有限公司);对照柔性PI膜④.柔性银浆印刷PI膜FPC(时代新材)。
4.测试结果
所有参试FPC的方阻测试结果如表2所示,其中。对照FPC①和对照FPC②的可拉伸性较差,无法耐受400%的拉伸应变。由表2数据可知,采用实施例1制备的两种不同纳米银浆所制备的柔性导电膜都同时具有优良的可拉伸性和可弯折性,相对而言,采用①号纳米银浆制备的FPC具有更好的可拉伸性,而采用②号纳米银浆制备的FPC具有更好的可弯折性。在进行可拉伸性实验和可弯折性实验前后,实验组的参试FCP的方阻变化率都<10%。
表2本实施例的参试FPC方阻变化率
以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对本实用新型保护范围的限制,尽管参照较佳实施例对本实用新型作了详细说明,本领域的普通技术人员应当理解,可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换,而不脱离本实用新型技术方案的实质和范围。
Claims (8)
1.一种可伸缩的柔性导电膜,其特征在于:包括第一弹性基材层、导电线路层和第二弹性基材层,所述第一弹性基材层、所述导电线路层和所述第二弹性基材层依次复合,由此形成的复合结构整体呈弯曲状;所述第一弹性基材层选自TPU弹性薄膜、PET弹性薄膜或PI弹性薄膜中的一种或一种以上,所述第二弹性基材层选自TPU弹性薄膜、橡胶、硅橡胶或TPE弹性薄膜中的一种或一种以上。
2.如权利要求1所述可伸缩的柔性导电膜,其特征在于:所述复合结构呈曲面状或波浪状。
3.如权利要求1所述可伸缩的柔性导电膜,其特征在于:所述第一弹性基材层的厚度为25–125μm,所述第二弹性基材层的厚度为25–1000μm。
4.如权利要求1所述可伸缩的柔性导电膜,其特征在于:还包括补强层,所述第一弹性基材层包括相对的第一表面和第二表面;
所述第一弹性基材与所述导电线路层复合的表面为所述第二表面,所述补强层与所述第一弹性基材复合的表面为所述第一表面。
5.如权利要求4所述可伸缩的柔性导电膜,其特征在于:所述补强层为纤维编织布或无纺布或硅胶。
6.如权利要求1–3任一项所述可伸缩的柔性导电膜,其特征在于:所述第一弹性基材层与所述导电线路层通过胶粘复合。
7.如权利要求1–3任一项所述可伸缩的柔性导电膜,其特征在于:所述第二弹性基材层与所述导电线路层通过胶粘复合。
8.如权利要求4或5所述可伸缩的柔性导电膜,其特征在于:所述第一弹性基材层与所述补强层通过胶粘复合。
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CN110379544A (zh) * | 2019-07-31 | 2019-10-25 | 广东南海启明光大科技有限公司 | 一种可伸缩的柔性导电膜及其制备方法 |
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2019
- 2019-07-31 CN CN201921233061.7U patent/CN210006479U/zh active Active
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN110379544A (zh) * | 2019-07-31 | 2019-10-25 | 广东南海启明光大科技有限公司 | 一种可伸缩的柔性导电膜及其制备方法 |
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GR01 | Patent grant | ||
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