本發(fā)明涉及柔性電子技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種可裁剪柔性導(dǎo)線、其制備裝置以及制備方法，在柔性電子器件互連、柔性導(dǎo)線等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。

背景技術(shù)：

近年來，隨著可穿戴、可植入設(shè)備的興起，柔性電子學(xué)受到了全球范圍越來越廣泛的關(guān)注。2000年《科學(xué)》雜志將柔性電子學(xué)列為“21世紀(jì)十大新興科技”之一，2010年《電子工程時(shí)報(bào)》將柔性電子技術(shù)列為“全球十大新興技術(shù)”之一。

要實(shí)現(xiàn)電子器件的全柔性化，導(dǎo)電線路、導(dǎo)線材料作為電子器件中不可或缺的一部分也需要實(shí)現(xiàn)柔性化。

目前存在的柔性導(dǎo)線主要有以下幾種：1、固體導(dǎo)電填料和彈性材料復(fù)合制備的柔性導(dǎo)線，但此種方法制備的柔性導(dǎo)線在拉伸過程中電導(dǎo)率變化很大；2、離子導(dǎo)體型柔性導(dǎo)線，雖然此種方法制備的柔性導(dǎo)線拉伸率較大，但拉伸過程中電阻變化較大，并且制備工藝復(fù)雜；3、液態(tài)金屬注入彈性材料管中，形成彈性材料作為管壁包裹液態(tài)金屬的柔性導(dǎo)線結(jié)構(gòu)，利用此種方法制備的柔性導(dǎo)線雖然拉伸率比較大，但是柔性導(dǎo)線一旦剪裁，液態(tài)金屬將溢出，因此該柔性導(dǎo)線不可以裁剪，并且很難大批量的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)上述技術(shù)現(xiàn)狀，本發(fā)明提供一種可裁剪柔性導(dǎo)線，其導(dǎo)體部分由液態(tài)金屬與彈性體組成，并且液態(tài)金屬顆粒分散在彈性體中。

所述的液態(tài)金屬材料是在室溫下為液態(tài)的金屬導(dǎo)電材料，包括但不限于汞、鎵銦合金、鎵銦錫合金，以及過渡族金屬、固態(tài)非金屬元素的一種或幾種摻雜的鎵銦合金、鎵銦錫合金等。

所述的彈性體由彈性材料構(gòu)成。

作為優(yōu)選，所述的柔性導(dǎo)線外圍包覆保護(hù)層，所述的保護(hù)層由彈性材料構(gòu)成。

所述彈性材料在外力作用下可以發(fā)生變形，包括但不限于硅膠、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、橡膠、水凝膠、聚氨酯、SEBS、POE等中的一種或者幾種。

作為優(yōu)選，所述的可裁剪柔性導(dǎo)線中，液態(tài)金屬的體積百分含量大于5％。

所述的彈性體可以分為兩種，第一種是在常溫下為固態(tài)，加熱熔融；第二種是在常溫下為液態(tài)，加熱固化。當(dāng)所述的彈性體屬于第一種時(shí)，作為一種實(shí)現(xiàn)方式，所述的導(dǎo)體部分由液態(tài)金屬與熔融的彈性體均勻混合后降溫固化而成。當(dāng)所述的彈性體屬于第二種時(shí)，作為一種實(shí)現(xiàn)方式，所述的導(dǎo)體部分由液態(tài)金屬與液態(tài)的彈性體均勻混合后加熱固化而成。

即，本發(fā)明將液態(tài)金屬與彈性體復(fù)合在一起，使液態(tài)金屬顆粒分散在彈性體中，具有如下有益效果：

(1)彈性體本身雖然導(dǎo)電性能較差，但是具有良好的柔韌性，；液態(tài)金屬不僅具有優(yōu)異的導(dǎo)電性而且可以流動(dòng)；兩者混合形成的柔性材料不僅具有良好的柔韌性同時(shí)也具有優(yōu)異的導(dǎo)電性能；

(2)本發(fā)明將液態(tài)金屬顆粒分散在彈性體中，限制了金屬顆粒的流動(dòng)，因此當(dāng)該柔性導(dǎo)線被裁剪后，液態(tài)金屬材料不會(huì)流出，被稱為可裁剪柔性導(dǎo)線。

(3)該可裁剪柔性導(dǎo)線可以承受拉伸、彎曲等形變，其形變度可超過700％，當(dāng)發(fā)生拉伸和彎曲等形變時(shí)，其電阻基本不會(huì)發(fā)生變化。并且通過調(diào)節(jié)彈性體的體積百分含量，能夠調(diào)節(jié)該可裁剪柔性導(dǎo)線的電阻率，以滿足導(dǎo)線的實(shí)際需要。

本發(fā)明還提供一種制備上述可裁剪柔性導(dǎo)線的裝置，包括混料裝置、導(dǎo)體管道、保護(hù)層管道、電流探測(cè)裝置，以及加熱裝置。

混料裝置包括攪拌器，用于將液態(tài)金屬與彈性體混合，形成混合體；導(dǎo)體管道用于混合體成型固化為導(dǎo)體，其入口端與所述混料裝置連通，出口端一側(cè)的外部套接著保護(hù)層管道；保護(hù)層管道用于保護(hù)層材料成型固化，在導(dǎo)體外表面形成保護(hù)層。

電流探測(cè)裝置包括用于探測(cè)所述混合體電性能的探針，以及與探針相連的電流表。

加熱裝置包括第一加熱體和/或第二加熱體，還包括第三加熱體和/或第四加熱體。

當(dāng)彈性體是由常溫下為固態(tài)、加熱熔融的彈性材料構(gòu)成時(shí)，第一加熱體用于加熱熔融所述彈性體，液態(tài)金屬與熔融的彈性體攪拌混合均勻，形成混合體；

當(dāng)彈性體是由常溫下為液態(tài)、加熱固化的彈性材料構(gòu)成時(shí)，液態(tài)金屬與液態(tài)彈性體攪拌混合均勻，形成混合體；第二加熱體用于加熱固化所述混合體中的彈性體。

當(dāng)保護(hù)層是由常溫下為固態(tài)、加熱熔融的彈性材料構(gòu)成時(shí)，第三加熱體用于加熱熔融所述保護(hù)層。

當(dāng)保護(hù)層是由常溫下為液態(tài)、加熱固化的彈性材料構(gòu)成時(shí)，第四加熱體用于加熱固化所述保護(hù)層。

作為優(yōu)選，所述的電流表優(yōu)選設(shè)置在混料裝置外部。

作為優(yōu)選，所述的攪拌器由電機(jī)驅(qū)動(dòng)。

作為優(yōu)選，所述的第一加熱體設(shè)置在混料裝置底部。

作為優(yōu)選，所述的第二加熱體設(shè)置在導(dǎo)體管道靠近出口端一側(cè)。

作為優(yōu)選，所述的第三加熱體設(shè)置在保護(hù)層管道靠近入口端一側(cè)。

作為優(yōu)選，所述的第四加熱體設(shè)置在保護(hù)層管道靠近出口端一側(cè)。

作為優(yōu)選，所述的第一加熱體可以是設(shè)置在混料裝置外部的加熱絲。

作為優(yōu)選，所述的第二加熱體可以是設(shè)置在導(dǎo)體管道外部的加熱絲。

作為優(yōu)選，所述的第三加熱體可以是設(shè)置在保護(hù)層管道外部的加熱絲。

作為優(yōu)選，所述的第四加熱體可以是設(shè)置在保護(hù)層管道外部的加熱絲。

利用該裝置進(jìn)行的方法如下：

(1)將液態(tài)金屬與彈性體加入混料裝置中；

當(dāng)彈性體是由常溫下為固態(tài)、加熱熔融的彈性材料構(gòu)成時(shí)，第一加熱體加熱熔融彈性體，液態(tài)金屬與熔融的彈性體攪拌混合均勻，形成混合體，攪拌使其與液態(tài)金屬混合，形成混合體，探針探測(cè)該混合體，直到電流表有電流通過；在壓力作用下，混合體流入導(dǎo)體管道，降溫固化成型為導(dǎo)體進(jìn)入保護(hù)層管道；

當(dāng)彈性體是由常溫下為液態(tài)、加熱固化的彈性材料構(gòu)成時(shí)，液態(tài)金屬與液態(tài)彈性體攪拌混合均勻，形成混合體，探針探測(cè)該混合體，直到電流表有電流通過；在壓力作用下，混合體流入導(dǎo)體管道，第二加熱體加熱固化混合體中的彈性體，成型為導(dǎo)體進(jìn)入保護(hù)層管道；

(2)將保護(hù)層從保護(hù)層管道入口端處注入；

當(dāng)保護(hù)層是由常溫下為固態(tài)、加熱熔融的彈性材料構(gòu)成時(shí)，經(jīng)第三加熱體加熱，保護(hù)層熔融，包裹在導(dǎo)體外表面，然后降溫固化，在導(dǎo)體外表面形成保護(hù)層；

當(dāng)保護(hù)層是由常溫下為液態(tài)、加熱固化的彈性材料構(gòu)成時(shí)，保護(hù)層包裹在導(dǎo)體外表面，經(jīng)第四加熱體加熱固化，在導(dǎo)體外表面形成保護(hù)層。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，利用該裝置制備的可裁剪柔性導(dǎo)線的性能穩(wěn)定、拉伸應(yīng)變大、拉伸后可恢復(fù)且導(dǎo)線可以被裁剪，在柔性電子技術(shù)中具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例1中的可裁剪柔性導(dǎo)線的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明實(shí)施例1中制備可裁剪柔性導(dǎo)線的裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明實(shí)施例1中制得的可裁剪柔性導(dǎo)線在未拉伸狀態(tài)下和拉伸狀態(tài)下的電阻。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖與實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述，需要指出的是，以下所述實(shí)施例旨在便于對(duì)本發(fā)明的理解，而不對(duì)其起任何限定作用。

圖1中的附圖標(biāo)記是：11-保護(hù)層，22-液態(tài)金屬顆粒，33-彈性體；

圖2中的附圖標(biāo)記是：1-混料裝置，2-攪拌器，3-電流表，4-探針，5-第一加熱體，6-第二加熱體，7-導(dǎo)體管道，8-保護(hù)層管道，9-第四加熱體，10-可裁剪柔性導(dǎo)線，11-第三加熱體。

實(shí)施例1：

本實(shí)施例中，可裁剪柔性導(dǎo)線如圖1所示，由導(dǎo)體部分與保護(hù)層11部分組成，保護(hù)層部分包覆在導(dǎo)體部分的外表面。導(dǎo)體部分由液態(tài)金屬與彈性體33組成，并且液態(tài)金屬顆粒22分散在彈性體33中。

液態(tài)金屬材料是鎵-銦-錫合金，是在室溫下為液態(tài)的金屬導(dǎo)電材料。

彈性體由彈性材料PDMS構(gòu)成，在外力作用下可以發(fā)生變形。

保護(hù)層由彈性材料PDMS構(gòu)成，在外力作用下可以發(fā)生變形。

該可裁剪柔性導(dǎo)線中，液態(tài)金屬材料的體積百分含量大于5％。

圖2是制備上述可裁剪柔性導(dǎo)線的裝置結(jié)構(gòu)示意圖，包括混料裝置1、電流探測(cè)裝置、導(dǎo)體管道7、保護(hù)層管道8，以及加熱裝置。

混料裝置1包括攪拌器2，該攪拌器由電機(jī)驅(qū)動(dòng)。該混料裝置1用于將液態(tài)金屬與彈性體攪拌混合，形成混合體。

電流探測(cè)裝置包括用于探測(cè)該混合體電性能的探針4，以及與探針4相連的電流表3。本實(shí)施中，電流表3設(shè)置在混料裝置1的外部。

導(dǎo)體管道7的入口端與混料裝置1連通，出口端一側(cè)的外部套接著保護(hù)層管道8。

加熱裝置包括用于加熱混料裝置1內(nèi)常溫下為固態(tài)的彈性體使其熔融的第一加熱體5；用于加熱流入導(dǎo)體管道7內(nèi)的常溫下為液態(tài)的彈性體和液態(tài)金屬混合物，使其固化的第二加熱體6；用于加熱常溫下為固態(tài)的保護(hù)層材料使其熔融的第三加熱體11，以及用于加熱常溫下為液態(tài)的保護(hù)層材料使其固化的第四加熱體9。

并且，第一加熱體5是設(shè)置在混料裝置1外部的加熱絲，其位于混料裝置1的下端。第二加熱體6是設(shè)置在導(dǎo)體管道7外部的加熱絲，其位于導(dǎo)體管道7的靠近出口端一側(cè)。第三加熱體11是設(shè)置在保護(hù)層管道8外部的加熱絲，其位于保護(hù)層管道8注入口位置。第四加熱體9是設(shè)置在保護(hù)層管道8外部的加熱絲，其位于保護(hù)層管道8靠近出口端一側(cè)。

利用該裝置制備可裁剪柔性導(dǎo)線的方法如下：

(1)將液態(tài)金屬合金鎵-銦-錫與彈性材料PDMS以質(zhì)量比2:1的比例加入混料裝置1中，PDMS常溫下為液態(tài)，攪拌使其與液態(tài)金屬合金混合，形成混合體，探針4探測(cè)該混合體，直到電流表3有電流通過；

(2)在壓力作用下，混合體流入導(dǎo)體管道7，經(jīng)第二加熱體6加熱固化混合體中的彈性體，成型為導(dǎo)體進(jìn)入保護(hù)層管道8；

(3)將保護(hù)層材料PDMS從保護(hù)層管道入口端注入，保護(hù)層材料包裹在導(dǎo)體外表面，經(jīng)第四加熱體9加熱固化，在導(dǎo)體外表面形成保護(hù)層，得到可裁剪柔性導(dǎo)線10。

如圖3所示，上述制得的可裁剪柔性導(dǎo)線在未拉伸狀態(tài)時(shí)的電阻和拉伸狀態(tài)時(shí)的電阻，顯示電阻變化很小。

實(shí)施例2：

本實(shí)施例中，可裁剪柔性導(dǎo)線如圖1所示，由導(dǎo)體部分與保護(hù)層部分組成，保護(hù)層部分包覆在導(dǎo)體部分的外表面。導(dǎo)體部分由液態(tài)金屬與彈性體組成，并且液態(tài)金屬顆粒分散在彈性體中。

液態(tài)金屬材料是鎵-銦-錫合金，是在室溫下為液態(tài)的金屬導(dǎo)電材料。

彈性體由彈性材料SEBS構(gòu)成，在外力作用下可以發(fā)生變形。

保護(hù)層由彈性材料SEBS構(gòu)成，在外力作用下可以發(fā)生變形。

該可裁剪柔性導(dǎo)線中，液態(tài)金屬材料的體積百分含量大于5％。

制備上述可裁剪柔性導(dǎo)線的裝置結(jié)構(gòu)與實(shí)施例中的裝置結(jié)構(gòu)完全相同。

利用該裝置制備可裁剪柔性導(dǎo)線的方法如下：

(1)將液態(tài)金屬合金鎵-銦-錫合金與彈性材料SEBS以質(zhì)量比為2:1的比例加入混料裝置1中。SEBS常溫下為固態(tài)，利用第一加熱體5加熱SEBS使其熔融，加熱溫度為230℃，攪拌使其與液態(tài)金屬混合，形成混合體。探針4探測(cè)該混合體，直到電流表3有電流通過。

(2)在壓力作用下，混合物流入導(dǎo)體管道7，熔融混合物在導(dǎo)體管道7中降溫固化，成型為導(dǎo)體進(jìn)入保護(hù)層管道8。

(3)將保護(hù)層材料SEBS顆粒從保護(hù)層管道入口端注入，經(jīng)第三加熱體11加熱熔融進(jìn)入保護(hù)層管道，包裹在導(dǎo)體外表面，然后降溫固化，得到可裁剪柔性導(dǎo)線。

類似圖3所示，上述制得的可裁剪柔性導(dǎo)線在未拉伸狀態(tài)時(shí)的電阻和拉伸狀態(tài)時(shí)的電阻，顯示電阻變化很小。

以上所述的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行了詳細(xì)說明，應(yīng)該理解的是以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的原則范圍內(nèi)所做的任何修改、補(bǔ)充或類似方式替代等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。