[发明专利]一种二维网状结构柔性可拉伸器件的制备方法

说明书

技术领域：

本发明属于柔性器件制备技术领域，涉及一种二维网状结构柔性可拉伸器件的制备方法，特别是一种利用新型静电纺丝技术制备基于微纳米纤维阵列的二维网状结构柔性可拉伸器件的方法。

背景技术：

目前，实现微纳电子器件这一信息基础单元的柔性化，使之能够适应非平面的工作环境，将突破传统电子器件的应用范围，促进信息与人的有机结合，自从上世纪60年代首例柔性太阳能电池(Nature,1967,213,1223；IEEE Trans.Aerosp.Electron.Syst.,1967,AES-3(1),107)问世以来，器件的柔性化便引起科研人员日益浓厚的研究兴趣。柔性器件在实现器件自身性能的同时，又兼有优异的柔韧性、高敏感性和透明性等一系列优异的性能，在传感器、未来显示、人造电子皮肤、可穿戴设备、能源等领域有着广阔的应用空间。柔性器件分为柔性可弯曲器件以及柔性可拉伸器件两种，任何材料只要制备的足够单薄，就会显示可弯曲性，尽管柔性可弯曲器件有着常规平面器件不能比拟的一系列优点，但当器件需要承受较大拉伸形变时就会显示出其局限性，柔性可拉伸器件在保持可弯曲器件优异柔韧性的同时，在承受较大拉伸应力时，仍能保持器件的完整性，并且表现出稳定的电学性能。因此，发展柔性可拉伸器件就显得更加重要，可拉伸性主要通过两种途径来获得：一是发展新型抗拉材料(Adv.Mater.2010,22,2228)；二是研究传统材料的新型结构(Adv.Mater.2010,22,2108)，对柔性可拉伸器件而言，材料结构的设计是关键因素，而材料结构设计的关键则是材料的预应变控制。目前，各种材料和结构通过预应变控制被应用于制备柔性可拉伸器件，例如扭曲结构薄膜(Nature,2008,454,748)、有机物网状结构(Proc.Natl.Acad.Sci.USA,2005,102,12321)、石墨烯薄膜(Nature,2009,457,706)、碳纳米管掺杂的氟化共聚物(Science,2008,321,1468)等，其制作工艺包括真空镀膜、光刻法、机械法和静电纺丝法等，其中静电纺丝法被认为是一种简单有效、可以较大规模制备均匀连续一维纳米结构材料的方法，静电纺丝制备柔性器件正逐步成为关注的焦点(J.Mater.Chem.C,2014,2,1209)。但是，静电纺丝技术制备柔性器件主要集中在柔性可弯曲器件中，而对柔性可拉伸器件的研究则相对较少，而且制备柔性器件的电纺纤维形貌也以无纺布纤维结构和有序结构为主，导致其在应用到柔性可拉伸器件中时优势并不明显，原因在于其抗拉伸性能上仍有不足，因此在器件的抗拉伸性方面仍有很大提升空间。中国专利(专利申请号：201310001005.1)公开了一种利用原位电纺有序排列扭曲结构微纳米纤维阵列制备柔性可拉伸应变传感器的方法，Duan等(Nanoscale,2014,6,3289)报道了一种利用预拉伸柔性衬底制备有序排列扭曲结构纤维，并应用于柔性可拉伸压电器件的方法，这两种方法制备的柔性可拉伸器件较利用传统无序电纺纤维制备的同种器件具有更好的抗拉伸能力，但上述器件仅能实现沿纤维轴向的一维拉伸，不能更好的满足应用的需要。因此，充分发挥纺丝喷头往复直线运动式静电纺丝装置(专利号：201210024657.2)的优势，提出一种制备二维网状结构柔性可拉伸器件的方法，所制备的可拉伸器件基于二次原位电纺有序排列扭曲结构导电聚合物纤维阵列的交叉结构后形成的二维网状结构。

发明内容：

本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，针对目前静电纺丝技术制备的柔性可拉伸器件抗拉伸能力不强，或只能沿纤维轴向进行单向拉伸的缺点，寻求设计提供一种静电纺丝法制备二维网状结构柔性可拉伸器件的方法，制备的柔性可拉伸器件能分别或同时实现二维方向上的应力拉伸，而且在二维方向上均具有较强抗拉伸能力。