[发明专利]一种弹性导体及其制备方法

说明书

本发明公开了一种弹性导体及其制备方法。该弹性导体包括弹性基体与液态金属，弹性基体不导电，液态金属附着在弹性基体表面，并且在弹性基体外围呈连续的螺旋绕行状。本发明采用扭转成形工艺制备该弹性导体。该弹性导体进行拉伸形变时，电阻变化率较小，在柔性电子器件中具有潜在的应用价值。

技术领域

本发明涉及柔性电子技术领域，尤其涉及一种弹性导体及其制备方法。

背景技术

可拉伸电子产品在日常生活中的应用越来越受到人们的关注。可拉伸传感器、可拉伸印制电路板、可拉伸电池、电子皮肤等的学术进展预示着可拉伸器件在健康监测、智能纺织品、可穿戴显示等领域具有广阔的市场前景。

目前，可拉伸导体主要基于复合材料，如银纳米线、金属纳米颗粒、碳纳米管、石墨烯等导电填料与非导电弹性聚合物的混合物，以及基于特殊的几何结构，如马蹄形电路、金属薄膜或预应变聚二甲基硅氧烷(PDMS)上的导电银纳米线薄膜、弹簧状导电纤维等。但是，由于非导电弹性聚合物的存在，基于复合材料的可拉伸导体一直面临着导电性差的问题。此外，在拉伸过程中，随着导电填料间距的增加，可拉伸导体的电阻率随形变(在100％应变时大于10倍)的增加而显著增加。相比而言，基于几何结构的可拉伸导体可由导电材料直接构成，例如纯金属、碳基导电材料等，因此具有更好的导电性(10^-6Ω·cm等级)；另外，这类可拉伸导体独特的几何结构保证了其高的拉伸性，在拉伸过程中导电部分的电阻性能变化较小，使其在形变下的电阻稳定性远高于基于复合材料的可拉伸导体。因此，与基于复合材料的可拉伸导体相比，基于几何结构的可拉伸导体具有较高的优势。

但是，如何制备基于几何结构的可拉伸导体却是一个技术难题。随着印刷电子技术的发展，通过3D打印、激光直接结构等方法在三维物体不规则表面制备电路虽然成为可能，但是在点对点工艺方面，3D打印和LDS工艺都面临着生产效率低下的问题。另外，在柔性材料上制备电路仍然存在技术瓶颈。

发明内容

本发明提供一种弹性导体，在拉伸形变下，其电阻变化较小。

本发明的技术方案为：一种弹性导体，包括弹性基体与液态金属；所述弹性基体不导电；所述的液态金属附着在弹性基体表面，并且在弹性基体外围呈连续的螺旋绕行状。

所述液态金属在室温下呈液态，具有导电性，包括但不限于汞、镓、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、镓铟合金、镓铟锡合金等。

所述的弹性基体具有可拉伸、扭转等形变能力，包括但不限于脂肪族芳香族无规共聚酯(Ecoflex)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、硅胶、橡胶、树脂、水凝胶、聚氨酯、苯乙烯嵌段共聚物(SEBS)、PVC、聚酰亚胺(PI)、聚对苯二甲酸类塑料(PET)、聚乙烯辛烯共弹性体(POE)、热塑性弹性体(TPE)等中的一种或者几种。

所述的液态金属与参考轴的夹角为α，所述参考轴平行于螺旋绕行的中轴线。

作为优选，30°≤α≤150°，作为进一步优选60°≤α≤120°，更优选为80°≤α≤100°。

与现有技术相比，本发明采用液态金属与弹性基体，具有如下优点：

(1)液态金属在弹性基体表面呈连续的螺旋绕行状而构成弹性导体，结合弹性基体具有良好的形变能力，当进行拉伸、扭转等形变时，弹性导体的导电性保持良好；

(2)在拉伸形变时，该弹性导体的电阻变化率较小，并且电阻变化率与夹角α有关，当夹角α接近90°时，电阻变化率达到最小，例如在拉伸应变200％条件下，夹角α接近90°时电阻变化率基本趋于0。

本发明还提供一种利用扭转成形工艺制备上述弹性导体的方法，包括如下步骤：

(1)将弹性基体沿一定方向A扭转N圈；