[发明专利]一种高导电弹性体及其制备方法和柔性可拉伸天线

说明书

本发明提供一种高导电弹性体及其制备方法和柔性可拉伸天线，采用超软橡胶作为基本结构单元，在预拉伸的橡胶上先喷涂一层橡胶，再铺不同层数的镀有薄层金属的碳纳米管作为导电层，然后在导电层上喷涂一层橡胶层，最后恢复到原长形成具有褶皱结构的高导电弹性体，并采用该高导电弹性体制成柔性可拉伸天线。该高导电弹性体不但具有极高的可拉伸系数，拉伸断裂率高达800％，而且导电性能卓越。同时，正是这种褶皱结构的存在，当高导电弹性体拉伸时，导电层的总长度基本不变，使弹性体在拉伸6倍时，在保持高导电性的同时，依然保持电阻基本不变，且反复拉伸10000次性能基本不变。

技术领域

本发明涉及可拉伸导线技术领域，特别是涉及一种高导电弹性体、制备方法及其柔性可拉伸天线，具有高的导电性和大形变下稳定的导电性，可用于制作柔性可拉伸的天线。

背景技术

近年刚刚兴起的柔性电子学，吸引了越来越多人的关注。因为柔性导线能够用于可拉伸天线、人工医疗器件、智能服装和仿生材料等领域，而传统的刚性导线是无法满足此要求。举例来讲，可穿戴式柔性天线具有柔软、易弯曲和可扭转等优点，已广泛应用于可穿戴通讯领域。常规的柔性天线只具备可弯曲性而不具备可拉伸性，使得其在应用中存在诸多限制，因此，研究和制作可拉伸天线对柔性天线的发展和应用具有至关重要的作用。

目前，对可拉伸天线的研究主要有两种方法：一种是基于可拉伸衬底以及天线结构的形状进行的。L.Song,A.C.Myers,J.J.Adams和Y.Zhu(Stretchable and reversiblydeformable radio frequency antennas based on silver nanowires)在PDMS柔性基底上利用银纳米线制作拉伸性达15％的可拉伸天线，天线中心频率从2.96GHz上升到3.06GHz；Z.Li,T.Le,Z.Wu,Y.Yao,L.Li,M.Tentzeris,K.S.Moon和C.Wong(RationalDesign of a Printable,Highly Conductive Silicone-based ElectricallyConductive Adhesive for Stretchable Radio-Frequency Antennas)公开了一种高电导率娃胶的天线结构，在其使用范围内拉伸性可达60％；A.M.Hussain,F.A.Ghaffar,S.I.Park,J.A.Rogers,A.Shamim和M.M.Hussain(Metal/Polymer Based StretchableAntenna for Constant Frequency Far-Field Communication in WearableElectronics)公开了一种拉伸性为30％的半圆形弹黃状天线。J.A.Fan,W.-H.Yeo,Y.Su,Y.Hattori,W.Lee,S.-Y.Jung,Y.Zhang,Z.Liu,H.Cheng和L.Falgout(Fractal designconcepts for stretchable electronics)公开了一种拉伸性为30％的自相似分形天线结构。上述天线仅具备小幅度的可拉伸性，在可穿戴通讯领域应用时会存在很多限制，因此研制能适应较大形变的天线显得尤为重要。另一种方法是可拉伸基板上加工有曲线形状的液态金属微流道，液态金属微流道内填充液态金属或液态金属合金。在文献中，J.H.So,J.Thelen,A Qusba,G.J.Hayes,G.Lazzi和M.D.Dickey(Reversibly deformable andmechanically tunable fluidic antennas)介绍了一种微流道设计方法以及一种具有很好的拉伸和压缩性能的液态金属天线制备方法，其工作共振频率会随着天线的拉伸而减小；M.Kubo,X.F.Li,C.Kim,M.Hashimoto,B.J.Wiley,D.Ham和G.M.Whitesides(Stretchable Microfluidic Rad1frequency Antennas)介绍一种可拉伸液态金属天线制备方法并对天线的力学及电学性能进行测试，制备得到的液态金属天线工作频率同样会随着天线基底的拉伸而减小。CN 103367880中报道了一种频率可调控的可拉伸液态金属天线，通过预先设定纵向与横向变形间的比例关系以控制液态金属天线在受到拉伸后的长度变化，从而实现液态金属天线在横向拉伸后的工作频率调整。由于液态金属天线在拉伸中共振频率是动态变化的，这一特性决定了液态金属天线在实际应用中尚未有成熟的产品。同时，他们都存在液态金属泄漏的风险，这在商业化的过程中也是一个不小的挑战。