[發明專利]一種褶皺結構可拉伸電極的制備方法

有效

• 申請號: 202111674876.0
• 申請日: 2021-12-31
• 公開（公告）號: CN114496398B
• 公開（公告）日: 2023-05-30
• 發明（設計）人: 李穎;賀毅;袁鷹;李璐
• 申請（專利權）人: 重慶文理學院
• 主分類號: H01B13/00
• 分類號: H01B13/00;H01B5/14;C08J5/18;C08L75/14
• 代理公司: 重慶晶智匯知識產權代理事務所(普通合伙) 50229
• 代理人: 李靖

一種褶皺結構可拉伸電極的制備方法，是制備PDMS（聚二甲基硅氧烷）基底，采用磁控濺射在PDMS基底表面沉積一層金屬層，然后將TPU（熱塑性聚氨酯彈性體）溶液涂覆在金屬層表面，干燥后將具有金屬層的TPU膜從PDMS表面剝離。本發明制備的褶皺結構可拉伸電極具有優異的導電性，隨著拉伸形變，其電阻變化顯著，拉伸形變率達到50%時，電阻變化率達到800倍，作為穿戴式電子設備使用的電極，靈敏性高，其具有隨機形成的褶皺結構，使得其在各個方向上可以實現均勻拉伸，拉伸后的電阻變化均勻性好，穩定性優異，克服了現有技術中只能單一方向進行拉伸的局限，且制備過程中無需對基底材料進行預拉伸處理，在生產過程中實用性更高。

技術領域

本發明涉及可穿戴電子器件技術領域，具體涉及一種褶皺結構可拉伸電極的制備方法。

背景技術

穿戴式電子設備的飛速發展對器件的柔韌性提出了更高的要求。作為穿戴式電子器件的核心，具有可拉伸特性的柔性電極材料業已成為研究熱點。

傳統金屬電極材料(Au、Ag、Cu等)本身不具有柔性，通過金屬層厚度減薄，可以獲得具有一定柔性的電極，但卻不具有可拉伸性。而通過褶皺結構設計等優化策略，可以實現具有一定拉伸性的金屬電極。例如鎖志剛課題組基于預拉伸彈性體技術，制造彈性電子表面的可拉伸互連，使金導體在P?DM?S薄膜上具有很好的拉伸性能(Proceedings?of?theIEEE?2005,93,1459)。Pardoen課題組利用粗糙度效應與彈性體的預拉伸相結合，使金薄膜形成隨機皺紋結構，從而進一步提高金膜拉伸性能(A?c?taMaterialia?2013,61,540)。Khine課題組利用預拉伸的方法制造柔性褶皺的可拉伸金屬薄膜，使原本脆弱的金屬薄膜可以拉伸到200％以上(Applied?Physics?Letters?2016,108,061901)。上述方法的共同點都是采用預拉伸方法，由于預拉伸法難以在實際生產中應用，并且只能在單一方向上進行拉伸，很難做到各個方向均勻拉伸，因而所制備的導電電極在拉伸維度上有取向性，需要提供一種各個方向均可拉伸的兼具良好導電性的電極及其制備方法。

發明內容

本發明目的在于提供一種褶皺結構可拉伸電極的制備方法。

本發明目的通過如下技術方案實現：

一種褶皺結構可拉伸電極的制備方法，其特征在于：制備PDMS(聚二甲基硅氧烷)基底，采用磁控濺射在PDMS基底表面沉積一層金屬層，然后將TPU(熱塑性聚氨酯彈性體)溶液涂覆在金屬層表面，干燥后將具有金屬層的TPU膜從PDMS表面剝離。

進一步，上述金屬層包括Mn、Au或Cu層。

優選的，上述金屬層為Au層。

進一步，上述PDMS基板是將PDMS和固化劑以10:1的質量比混合，置于真空室中靜置30～40min，以去除液體中的氣泡，然后旋涂至玻璃片上。

進一步，上述旋涂的速度為4500～5500rpm，旋涂10～15s，旋涂后將玻璃片置于80℃下固化4h，然后置于空氣中自然冷卻。

進一步，上述磁控濺射沉的真空度為2～3Pa，濺射時的電流為20～30μA，電壓為220～280V，濺射時間為90～200s。

在制備過程中，先在玻璃片上制備平整的PDMS薄膜基體，然后通過磁控濺射沉積金屬層，當金屬沉積到PDMS表面時，由于磁控濺射引起基體表面產生不均勻的局部熱，金屬層在PDMS表面由于局部熱的作用產生了不定向的收縮。產生收縮后的金屬層與PDMS結合力較差，極易從PDMS表面脫落，采用TPU作為新的基體將金屬層從PDMS表面玻璃，由于TPU表面具有大量氨基，與金屬層產生結合，形成穩定的化學固定，且金屬層通過其表面形成的褶皺結構對于TPU形成物理固定，通過雙重固定的TPU層可以隨金屬的拉伸變形而變化，解決了使用過程中金屬層由于和基體直接較差的結合力容易從基體表面剝落失效的問題。