[發(fā)明專利]一種可拉伸柔性功能導(dǎo)體

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• 申請日: 2017-09-30
• 公開（公告）號: CN107833656A
• 公開（公告）日: 2018-03-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉嵐;巫運輝;陳松;劉書奇;王萍萍;劉海州
• 申請（專利權(quán)）人: 華南理工大學(xué)
• 主分類號: H01B5/00
• 分類號: H01B5/00;H01B1/02;H01B1/12;G01L1/22;G01D5/16
• 代理公司: 廣州粵高專利商標(biāo)代理有限公司44102
• 代理人: 何淑珍

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電阻傳感材料領(lǐng)域，具體涉及一種功能柔性導(dǎo)體。

背景技術(shù)

具有電阻-形變響應(yīng)的導(dǎo)體在力敏傳感領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用前景，尤其是在人類運動監(jiān)測、柔性機器人、假肢和智能衣服等。傳統(tǒng)的導(dǎo)體主要是由剛性填料和柔性聚合物基體共混制備而成，這類導(dǎo)體的缺點在于導(dǎo)電填料的楊氏模量（10⁵-10⁷ Pa）高于基體楊氏模量約5-6 數(shù)量級，導(dǎo)致導(dǎo)體在形變過程中剛性填料網(wǎng)絡(luò)形變發(fā)生滯后，極大降低導(dǎo)體的電阻形變響應(yīng)能力。而液態(tài)金屬在常溫下處于流動狀態(tài)，具有高電導(dǎo)率、低模量，與柔性基體具有良好的機械性能匹配。然而，限制液態(tài)金屬應(yīng)用于可拉伸導(dǎo)體的技術(shù)瓶頸是其與柔性基體復(fù)合的相容性差，其在基體中容易發(fā)生溢出致使電導(dǎo)失效。

因此，設(shè)計及制備安全穩(wěn)定同時具備電阻-形變響應(yīng)特性的高柔性、高拉伸、低驅(qū)動電壓的導(dǎo)體具有重要應(yīng)用前景。

綜上所述，基于目前可拉伸力敏電阻傳感導(dǎo)體的研究現(xiàn)狀及其巨大的應(yīng)用前景，采用管狀圓形結(jié)構(gòu)的流道纖維，使用高電導(dǎo)率、高流動性的液態(tài)金屬作為導(dǎo)體填料，制備具有靈敏度高、高拉伸、良好生物相容的力敏電阻響應(yīng)性導(dǎo)體，具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種可拉伸柔性功能導(dǎo)體。該導(dǎo)體具有可拉伸、高柔性、高電導(dǎo)以及電阻-形變響應(yīng)特性，在外力拉伸過程中，導(dǎo)體的電阻隨導(dǎo)體的伸長表現(xiàn)出規(guī)律性變化，如圖1所示。

本發(fā)明的目的通過如下技術(shù)方案實現(xiàn)。

一種可拉伸柔性功能導(dǎo)體，包括中空彈性纖維和液態(tài)金屬；

所述中空彈性纖維為彈性纖維，作為導(dǎo)體外殼，內(nèi)部為中空的圓形流道，如圖2所示；

所述液態(tài)金屬作為導(dǎo)體的導(dǎo)電媒介，注入中空彈性纖維的圓形流道內(nèi)，至填滿整個流道。

進一步地，所述中空彈性纖維的材料包括硅橡膠纖維或聚氨酯纖維，圓形流道內(nèi)徑為納米、毫米級別，長度根據(jù)實際需要設(shè)計成任意長度。

進一步地，所述中空彈性纖維的內(nèi)部包含至少一條圓形流道，包括單流道的中空彈性纖維或雙流道的中空彈性纖維，適應(yīng)于不同應(yīng)用過程的需要。

進一步地，所述液態(tài)金屬為常溫下液態(tài)的共熔合金，包括鎵、銦和錫中的一種或一種以上的共熔合金。

優(yōu)選的，所述液態(tài)金屬為鎵，單金屬鎵具有無毒、流動性良好的特點，以金屬鎵作為導(dǎo)電媒介的可拉伸柔性功能導(dǎo)體可用于生物體內(nèi)作為神經(jīng)纖維或力敏傳感。

進一步地，所述可拉伸柔性功能導(dǎo)體具有可拉伸性以及電阻-形變效應(yīng)，在外力拉伸過程中，導(dǎo)體的電阻與圓形流道的直徑變化程度有關(guān)。

在外力拉伸過程中，隨著圓形流道的逐漸變窄，導(dǎo)體的電阻逐漸變大，導(dǎo)體的電阻變化通過導(dǎo)體兩端的電極輸出。

進一步地，所述可拉伸柔性功能導(dǎo)體在0-140%拉伸形變下的電阻變化能被明顯檢測到。

基于所述可拉伸柔性功能導(dǎo)體在外力拉伸過程中的電阻-形變響應(yīng)特性，力敏傳感特性明顯，可用于制備力敏拉伸傳感器。

進一步地，所述可拉伸柔性功能導(dǎo)體具有低的驅(qū)動電壓，在電壓0.1 V下即具有電阻-形變響應(yīng)特性。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點和有益效果：

（1）本發(fā)明的可拉伸柔性功能導(dǎo)體具有電阻-形變響應(yīng)特性，導(dǎo)體在0-140%拉伸形變下的電阻變化可被明顯檢測到，在制備力敏拉伸傳感器中具有廣闊應(yīng)用前景。

（2）本發(fā)明的可拉伸柔性功能導(dǎo)體的中空彈性纖維的內(nèi)部包含至少一條圓形流道，包括單流道或雙流道，能適應(yīng)于不同應(yīng)用過程的需要。

（3）本發(fā)明的可拉伸柔性功能導(dǎo)體中的液態(tài)金屬及其合金具有優(yōu)異的導(dǎo)電特性，賦予導(dǎo)體極低的驅(qū)動電壓，在電壓0.1 V下即具有電阻響應(yīng)特性。

附圖說明

圖1為可拉伸柔性功能導(dǎo)體的相對電阻-形變曲線圖；

圖2為本發(fā)明可拉伸柔性功能導(dǎo)體的圓形流道結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為實施例1制備的可拉伸柔性功能導(dǎo)體在不同拉伸率下的響應(yīng)幅值；

圖4為實施例2制備的可拉伸柔性功能導(dǎo)體應(yīng)用于人體頭部運動檢測；

圖5為實施例3制備的可拉伸柔性功能導(dǎo)體應(yīng)用于人體手腕運動檢測。

具體實施方式

以下結(jié)合具體實施例及附圖對本發(fā)明技術(shù)方案作進一步詳細(xì)描述，但本發(fā)明不限于此。

本發(fā)明具體實施例，可拉伸柔性功能導(dǎo)體的圓形流道結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示，包括中空彈性纖維和液態(tài)金屬；