[发明专利]一种柔性电极的制备装置以及利用该装置制备柔性电极的方法

说明书

技术领域

本发明涉及柔性电子技术领域，尤其涉及一种柔性电极的制备装置以及利用该装置制备柔性电极的方法。

背景技术

作为一种新兴的技术，柔性电子技术受到全球范围越来越广泛的关注，尤其是随着可穿戴设备的兴起，对电子器件的全柔性化要求也越来越迫切。

要实现电子器件的全柔性化，电极材料作为电子器件不可或缺的一部分也迫切需要实现柔性化。当前已经报道的具有柔性的电极材料主要有两类：一类是可以发生弯曲形变的电极材料，例如可以作为透明柔性电子显示的ITO等，这一类电极材料在一定程度上可以被弯曲，但仍然远远不能满足实际应用中的柔性电子器件可拉伸的要求；另一类是可拉伸电极材料，但是目前所报道的这些可拉伸电极的电阻大，多数为半导体材料，而且这些柔性电极在拉伸时电阻会发生很大变化，这非常不利于将其应用到柔性电子器件中。

因此，制备电阻小、拉伸过程中电阻基本不变且可大规模生产的复合材料是实现电极材料柔性化的关键。

发明内容

本发明提供了一种柔性电极的制备装置，其结构简单，利用该装置制备的柔性电极具有高形变能力、电阻稳定等优点。

本发明的技术方案为：一种柔性电极的制备装置，包括混料容器、沉积容器、电流探测器，以及第一加热体和/或第二加热体。

所述混料容器包括搅拌器；所述混料容器用于搅拌混合液态金属与弹性体，形成混合体；

所述电流探测器包括用于探测所述混合体电性能的探针，以及与探针相连的电流表；

所述混料容器底端设置流通管道，以及用于闭合或者开启管道入口端的阀门；当所述阀门开启，混合体自管道入口流经管道，自管道出口流出至沉积容器；

当弹性体是由常温下为固态、加热熔融的弹性体材料构成时，第一加热体用于加热熔融所述弹性体，液态金属与熔融的弹性体搅拌混合均匀，形成混合体；

当弹性体是由常温下为液态、加热固化的弹性体材料构成时，液态金属与液态弹性体搅拌混合均匀，形成混合体，第二加热体用于加热沉积容器中的混合体，固化所述混合体中的弹性体，形成块体电极。

作为优选，所述的第一加热体设置在混料容器中或者混料容器外围。

作为优选，所述的第二加热体设置在沉积容器中或者沉积容器外围。

作为优选，所述的搅拌器由电机驱动。

作为优选，所述的第一加热体可以是设置在混料容器外围的加热丝。

作为优选，所述的第二加热体可以是设置在沉积容器外围的加热丝。

所述的液态金属材料是在室温下为液态的金属导电材料，包括但不限于汞、镓铟合金、镓铟锡合金，以及过渡族金属、固态非金属元素的一种或几种掺杂的镓铟合金、镓铟锡合金等。

所述的弹性体由弹性体材料构成。所述弹性体材料在外力作用下可以发生变形，包括但不限于硅胶、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、橡胶、水凝胶、聚氨酯、SEBS、POE等中的一种或者几种。

作为优选，所述的混合体中，液态金属的体积百分含量大于5％。

利用该装置制备柔性电极的方法如下：

关闭管道阀门，将液态金属与弹性体加入混料容器中，当弹性体是由常温下为固态、加热熔融的弹性体材料构成时，第一加热体加热熔融弹性体，液态金属与熔融的弹性体材料搅拌混合均匀，形成混合体，探针探测该混合体，直到电流表有电流通过；开启管道阀门，在压力作用下混合体流入管道，自管道出口端流出至沉积容器，降温固化成型为块体电极。或者，

关闭管道阀门，将液态金属与弹性体加入混料容器中，当弹性体是由常温下为液态、加热固化的弹性体材料构成时，液态金属与液态弹性体搅拌混合均匀，形成混合体，探针探测该混合体，直到电流表有电流通过；开启管道阀门，在压力作用下混合体流入管道，自管道出口端流出至沉积容器，第二加热体加热固化混合体中的弹性体，成型为块体电极。

与现有技术相比，本发明装置结构简单，使用该装置能够大规模生产柔性电极，并且柔性电极具有如下有益效果：

(1)弹性体本身虽然导电性能较差，但是具有良好的柔韧性；液态金属不仅具有优异的导电性而且可以流动，两者混合形成的柔性材料不仅具有良好的柔韧性同时也具有优异的导电性能；

(2)本发明将液态金属与弹性体混合，混合体中液态金属颗粒分散在弹性体中，限制了金属颗粒的流动，因此当该柔性电极被切割、裁剪等时，液态金属材料不会流出；