[发明专利]用于提供定向导电通道表面连通性的系统和方法

说明书

公开了一种导电复合材料，其包含具有第一侧和第二侧的介电材料、介电材料层内的导电颗粒以及介电层第一侧上的不连续导电材料层。排列导电颗粒以形成多个从介电材料第一侧至第二侧的导电路径，且各导电路径都由至少多个导电颗粒形成。该不连续层包含多个非互相连接的部分，其覆盖介电材料第一侧的部分但非全部，使得其下方介电材料第一侧的暴露部分通过该不连续层暴露，而该不连续层促使多个从介电材料第一侧至第二侧的导电路径电子耦合在一起。

优先权

本发明要求2014年3月13日提交的美国实用申请号14/209,213的优先权，其是2013年3月15提交的美国专利申请系列号13/834,948的部分继续申请，其公开内容通过引用全文纳入本文。

背景技术

本发明通常涉及用于多种应用的导电聚合物和弹性体材料，包括但不限于导电粘合剂、导电衬垫和导电薄膜。

例如，导电压敏粘合剂(PSA)的设计长久以来具有挑战，至少因为随着导电性的升高粘合强度和挠性通常下降。典型的用于(经添加以)提供良好导电性的材料通常是挠性较低的且抑制粘合。一种制备导电涂层的常规方法是使用导电颗粒(例如石墨、银、铜等)填充聚合物材料，随后涂覆、干燥并加工处理聚合物粘合剂。在这些情况下，导电颗粒处于特定浓度下，使得当颗粒各自与至少一个其他相邻颗粒产生物理接触时形成导电网络。在该方法中，通过复合材料提供导电路径。

然而，对于压敏粘合剂，如果颗粒浓度高到足以形成其中能够维持颗粒与颗粒接触的网络，则很难使PSA组分的聚合物(如弹性体)系统以足够高的浓度存在从而流出以形成基材与电极之间的表面与表面接触，即作为粘合剂。相反地，如果PSA组分的浓度足以与基材产生足够的表面接触，PSA将不得不打断相邻导电颗粒从而破坏颗粒与颗粒接触。

另一种类型的导电PSA包括导电球形颗粒，其直径等于或大于PSA的厚度。在这种情况下，可以沿颗粒的表面携带信号或电流，从而在粘合剂的z维度中各向异性地提供电流。然而，可能削弱粘合剂的连续性。

盐(如氯化钠或氯化钾)在处于水性介质中时易于溶解且其离子解离(分离为正离子和负离子)。解离的离子可随后传递电流或信号。基于此，长久以来将盐加入水中，随后将其加入聚合物和弹性体材料中以提供良好的导电性。例如，美国专利号6,121,508公开了用于生物医学电极的压敏粘合剂水凝胶。该凝胶材料被公开为包含至少水、氯化钾和聚乙二醇并且是导电性的。美国专利号5,800,685还公开了一种导电粘合剂水凝胶，其包含水、盐、引发剂或催化剂以及交联剂。然而，这类水凝胶的使用通常还需要在水凝胶的一侧(远离患者一侧)使用导电性表面，其能够接受离子性导电电荷，如银/氯化银，这是相对昂贵的。

虽然这些水凝胶/粘合剂可具有良好的导电性质，但其通常仅具有一般的粘合性质。另一个缺点是导电性随着水含量的变化(如蒸发导致的变化)而变化，因此需要将水凝胶在使用前保持在密封的环境中，随后使用有限的时间，这仅仅是因为蒸发。

美国专利号7,651,638公开了一种对水不敏感的交流电应答复合材料，其包含聚合物材料和基本分散在聚合物材料内的极性材料(如有机盐)。对聚合物材料和极性材料进行选择以使其各自相互吸引，该吸引与对其本身的吸引基本相同。基于此，该极性材料不会团聚在一起，也不会在聚合物材料的表面粉化(bloom)，但在聚合物材料内维持悬浮。这与其他应用中盐的使用相反，其中盐旨在在表面粉化(以沿表面提供导电层，例如用于静电放电)。

美国专利号5,082,595公开了一种包含碳颗粒的导电压敏粘合剂，且公开了该导电粘合剂是通过将黑色填充物(碳)以赋予导电性的方式整合至压敏粘合剂中来制备的，其具有足够低的浓度以避免对粘合剂的物理性质(如粘着)产生不良影响。具体而言，该专利指出，有机溶剂中的碳黑浆液在不存在高剪切的轻微搅动或搅拌下形成，从而形成碳结构。随后将该混合物导入粘合剂。然而，这类复合材料无法在某些应用中提供足够的粘合性和导电性。