[發明專利]一種高導電彈性體及其制備方法和柔性可拉伸天線

有效

• 申請號: 201710135424.2
• 申請日: 2017-03-08
• 公開（公告）號: CN106910973B
• 公開（公告）日: 2019-05-28
• 發明（設計）人: 劉遵峰;劉中勝
• 申請（專利權）人: 常州大學
• 主分類號: H01Q1/10
• 分類號: H01Q1/10;H01B7/04;H01B7/18;H01B13/00
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本發明提供一種高導電彈性體及其制備方法和柔性可拉伸天線，采用超軟橡膠作為基本結構單元，在預拉伸的橡膠上先噴涂一層橡膠，再鋪不同層數的鍍有薄層金屬的碳納米管作為導電層，然后在導電層上噴涂一層橡膠層，最后恢復到原長形成具有褶皺結構的高導電彈性體，并采用該高導電彈性體制成柔性可拉伸天線。該高導電彈性體不但具有極高的可拉伸系數，拉伸斷裂率高達800％，而且導電性能卓越。同時，正是這種褶皺結構的存在，當高導電彈性體拉伸時，導電層的總長度基本不變，使彈性體在拉伸6倍時，在保持高導電性的同時，依然保持電阻基本不變，且反復拉伸10000次性能基本不變。

技術領域

本發明涉及可拉伸導線技術領域，特別是涉及一種高導電彈性體、制備方法及其柔性可拉伸天線，具有高的導電性和大形變下穩定的導電性，可用于制作柔性可拉伸的天線。

背景技術

近年剛剛興起的柔性電子學，吸引了越來越多人的關注。因為柔性導線能夠用于可拉伸天線、人工醫療器件、智能服裝和仿生材料等領域，而傳統的剛性導線是無法滿足此要求。舉例來講，可穿戴式柔性天線具有柔軟、易彎曲和可扭轉等優點，已廣泛應用于可穿戴通訊領域。常規的柔性天線只具備可彎曲性而不具備可拉伸性，使得其在應用中存在諸多限制，因此，研究和制作可拉伸天線對柔性天線的發展和應用具有至關重要的作用。

目前，對可拉伸天線的研究主要有兩種方法：一種是基于可拉伸襯底以及天線結構的形狀進行的。L.Song,A.C.Myers,J.J.Adams和Y.Zhu(Stretchable and reversiblydeformable radio frequency antennas based on silver nanowires)在PDMS柔性基底上利用銀納米線制作拉伸性達15％的可拉伸天線，天線中心頻率從2.96GHz上升到3.06GHz；Z.Li,T.Le,Z.Wu,Y.Yao,L.Li,M.Tentzeris,K.S.Moon和C.Wong(RationalDesign of a Printable,Highly Conductive Silicone-based ElectricallyConductive Adhesive for Stretchable Radio-Frequency Antennas)公開了一種高電導率娃膠的天線結構，在其使用范圍內拉伸性可達60％；A.M.Hussain,F.A.Ghaffar,S.I.Park,J.A.Rogers,A.Shamim和M.M.Hussain(Metal/Polymer Based StretchableAntenna for Constant Frequency Far-Field Communication in WearableElectronics)公開了一種拉伸性為30％的半圓形彈黃狀天線。J.A.Fan,W.-H.Yeo,Y.Su,Y.Hattori,W.Lee,S.-Y.Jung,Y.Zhang,Z.Liu,H.Cheng和L.Falgout(Fractal designconcepts for stretchable electronics)公開了一種拉伸性為30％的自相似分形天線結構。上述天線僅具備小幅度的可拉伸性，在可穿戴通訊領域應用時會存在很多限制，因此研制能適應較大形變的天線顯得尤為重要。另一種方法是可拉伸基板上加工有曲線形狀的液態金屬微流道，液態金屬微流道內填充液態金屬或液態金屬合金。在文獻中，J.H.So,J.Thelen,A Qusba,G.J.Hayes,G.Lazzi和M.D.Dickey(Reversibly deformable andmechanically tunable fluidic antennas)介紹了一種微流道設計方法以及一種具有很好的拉伸和壓縮性能的液態金屬天線制備方法，其工作共振頻率會隨著天線的拉伸而減小；M.Kubo,X.F.Li,C.Kim,M.Hashimoto,B.J.Wiley,D.Ham和G.M.Whitesides(Stretchable Microfluidic Rad1frequency Antennas)介紹一種可拉伸液態金屬天線制備方法并對天線的力學及電學性能進行測試，制備得到的液態金屬天線工作頻率同樣會隨著天線基底的拉伸而減小。CN 103367880中報道了一種頻率可調控的可拉伸液態金屬天線，通過預先設定縱向與橫向變形間的比例關系以控制液態金屬天線在受到拉伸后的長度變化，從而實現液態金屬天線在橫向拉伸后的工作頻率調整。由于液態金屬天線在拉伸中共振頻率是動態變化的，這一特性決定了液態金屬天線在實際應用中尚未有成熟的產品。同時，他們都存在液態金屬泄漏的風險，這在商業化的過程中也是一個不小的挑戰。