[发明专利]一种可拉伸、低电阻变化的导电纤维的制备方法

说明书

本发明公开的一种可拉伸、低电阻变化的导电纤维的制备方法包括以下步骤：将聚二甲基硅氧烷滴加到水面上，加热处理，然后从水的表面剥离出聚二甲基硅氧烷薄膜，从而制备出聚二甲基硅氧烷薄膜；用金属蒸镀仪在所述聚二甲基硅氧烷薄膜上蒸镀金属膜，作为导电层；把负载有金属膜的聚二甲基硅氧烷薄膜平铺在基片上，卷曲起来制备成所述导电纤维。导电纤维，具有可拉伸、低电阻变化的特点，且制备方法简单、制备条件温和，对柔性电极以及柔性电子的进一步开发、推广具有深远意义。

技术领域

本发明涉及柔性电子、传感等领域，尤其涉及可拉伸电极和导体制备的领域，具体涉及一种可拉伸、低电阻变化的导电纤维的制备方法。

背景技术

近年来，可拉伸器件引起了人们的广泛关注。可拉伸器件是柔性器件进一步发展的趋势，并具有很大的市场。可拉伸器件在人机交互导向的可穿戴设备、智能健康监测、柔性机器人、能源存储领域的大量需求下有了飞速的发展。这些器件改变了人们对于医疗和健康领域的认知和行为方式，同时也促进了仿生机器人的发展，更是开拓了柔性能源存储设备的市场。

目前，在柔性电子领域萌生出了大量的柔性传感器，例如柔性压力传感器、柔性拉力传感器等，同时也催生了柔性超级电容器、柔性电池等设备。在这些器件中，可拉伸电极在其中的电子元件中扮演了一个至关重要的角色。比如说在柔性超级电容器和柔性电池中，可拉伸电极用来收集电流；在柔性传感器中，可拉伸电极用来贴服在人体皮肤表面或者组织内部来收集生理信号等。

在实际应用中我们为什么要使电极可拉伸？比如在当我们用植入电极测量心脏或者其他器官的电信号时，心脏是在不停跳动的，所以心脏的表面会一直持续有形变的产生。这个时候我们想要电极能够很好的贴服在心脏表面，就必须赋予电极的可拉伸性。如果电极是刚性的，那么将会对心脏和组织器官造成损伤。

在这种情况下，在电极有形变的时候还能够保持电极的导电性是我们需要去解决的问题。可拉伸电极在被拉伸时由导电转换到不导电时，这个拉伸的点是电极的突变点。目前来说，用柔性弹性作为基底来制备的可拉伸电极中，最大的拉伸突变可以高达13倍的拉伸长度。其中常用的柔性基底有聚二甲基硅氧烷(PDMS)等高分子弹性体，常用的导电材料有金属，碳材料和一些导电高分子如聚吡咯等。然而，导电材料通常是刚性材料，比如说金的最大的抗拉强度只有百分之五。所以在有些策略中把导电材料制备成弯曲状或者弹簧状，然后负载在柔性基底上来实现可拉伸。但是这种方法制备的柔性可拉伸电极只能从器件的两端去拉伸，导电材料本质上还是刚性材料。如果电极在微米尺度局部受力或者某个单元受力，电极的导电材料将会破损。

面对这些问题，通过网络微结构和微裂纹结构的策略会把拉伸的应力通过裂纹来释放，这样就能解决电极局部受力的问题。但是，在实际应用中，金属膜在拉伸时产生微裂纹会造成电阻的大幅增大，会对电极收集信号产生影响。

发明内容

本发明的目的在于提供本发明的目的在于提供一种可拉伸、低电阻变化的导电纤维的制备方法，解决上述现有技术问题中的一个或者多个。本发明结合了高分子弹性体自身的特性和导电纳米薄膜的特性，利用纤维螺旋状结构自身具有的层层自我封装的特点，设计了一种工艺简单的制备可拉伸导电纤维的方法。

本发明中的聚二甲基硅氧烷的英文缩写是PDMS，其PDMS单体从西格玛奥德里奇(上海)贸易有限公司购买。

本发明提供一种可拉伸、低电阻变化的导电纤维的制备方法包括以下步骤：

S1、将聚二甲基硅氧烷滴加到水面上，加热处理，然后从水的表面剥离出聚二甲基硅氧烷薄膜，从而制备出聚二甲基硅氧烷薄膜；

S2、用金属蒸镀仪在所述聚二甲基硅氧烷薄膜上蒸镀金属膜，作为导电层；

S3、把负载有金属膜的聚二甲基硅氧烷薄膜平铺在基片上，卷曲起来制备成所述导电纤维。

该方法制备的导电纤维的拉伸性等同于聚二甲基硅氧烷的性质，可以拉伸100％以上。