[发明专利]一种弹性导体的制备方法

说明书

本发明提供了一种弹性导体的制备方法，将液态金属与熔融的弹性体混合均匀形成混合体，混合体中液态金属与弹性体的体积比为10％～70％；将混合体倒入模具中静置一定时间，然后固化形成弹性导体。该方法简单易行，成本低，制得的弹性导体分为上下两层，上层为纯弹性体，下层为弹性体与液态金属的混合层，混合层中液态金属颗粒呈葫芦串状填充在弹性体中形成电连通结构，具有高导电性、高拉伸性，并且具有动态电学稳定性。

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的制备方法。

背景技术

近年来，基于柔性电子技术的可穿戴电子设备的发展引起人们的广泛关注。弹性导体作为可穿戴电子设备不可或缺的基本组成部分，其对可穿戴电子设备的性能和效率有重要的影响。

弹性导体根据导电填料的不同可以分为几个类：碳材料、金属材料、导电聚合物以及两种或两种以上的固体导电混合物。目前，一些研究结果已经显示能够使弹性导体的性能得到显著改善，例如导电性、拉伸性和疲劳性能。但是，现有的弹性导体难以同时实现高导电性和高拉伸性。这是因为常见的固体导电填料和弹性基体之间的弹性模量不匹配，两者的弹性模量至少相差五个数量级。此外，弹性导体的电阻值在拉伸加载和卸载后不稳定，这表明现有的弹性导体的动态电学稳定性差。通常情况下，弹性导体的电阻值在拉伸过程中显著增加，在50％拉伸应变(ε＝50％)下约为初始值的10¹-10³倍。同时，由于填料在弹性体中的滑动，在拉应力卸载后难以恢复到初始电阻值。

公开号为CN 106328262A的专利文献公开了一种可裁剪柔性导线，由液态金属与弹性体组成，并且液态金属颗粒分散在弹性体中，该柔性导线的拉伸应变大，并且当发生拉伸和弯曲等形变时，其电阻变化较小。但是，该柔性导线的制备方法较复杂，给实际制备带来困难。

发明内容

本发明人在采用液态金属与弹性体通过熔融混合后固化制备弹性导体的过程中，发现当液态金属与弹性体的体积比为10％～50％，将液态金属与熔融的弹性体搅拌混合均匀后，如果在固化之前存在一定时间的静置，由于液态金属的比重较大，会出现液态金属向底部下沉，导致固化后柔性导体形成分层结构，上层为纯弹性体，下层为弹性体与液态金属的混合体，其中液态金属颗粒填充在弹性体中形成电连通结构。因此，固化后将该上下层倒置，弹性体与液态金属形成的混合层可作为导电层，其中液态金属呈葫芦串状的特殊结构形成三维导电通道，如图1所示，可实现弹性导体的优异电学性能；而纯弹性体作为支撑层可保护该导电层的特殊结构在拉伸过程中不被破坏，可实现弹性导体的良好拉伸性能。并且，本发明人发现，对该弹性导体加载拉伸应力的过程中其电阻变化很小，甚至发现当卸载该拉伸应力后该弹性导体的电阻回复性良好，即具有动态电学稳定性。

即，本发明的技术方案为：一种弹性导体的制备方法，其特征是：将液态金属与熔融的弹性体混合均匀形成混合体，混合体中液态金属与弹性体的体积比为10％～70％；将混合体倒入模具中静置一定时间，然后固化形成弹性导体。

所述的混合方法不限，包括使用超声、机械、球磨等方法进行搅拌混合。

所述的液态金属是在室温下具有良好的导电性和流动性的金属导电材料，包括但不限于镓基合金，例如镓铟合金、镓铟锡合金等，以及过渡族金属、固态非金属元素的一种或几种掺杂的镓基合金。

所述的弹性体具有绝缘性以及良好的拉伸性，包括但不限于苯乙烯嵌段共聚物(SEBS)、橡胶、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、共聚酯、水凝胶、聚氨酯等中的一种或几种。

所述的静置时间优选为30分钟-24小时，进一步优选为1小时-5小时。

作为优选，液态金属与弹性体的体积比为15％～50％，进一步优选为20％～40％。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

(1)制备方法简单易行，成本低；