[发明专利]液态金属基柔性结构单元的制备方法及应力传感器

说明书

本发明提供了一种液态金属基柔性结构单元的制备方法，采用浸润‑不浸润模板，在其图案表面制备液态金属层，然后用第一弹性体进行封装，再将第一弹性体从所述模板表面剥离，液态金属图案同时从模板表面转移到第一弹性体中。该图案可形成电路、电极、电容、点阵、线圈、应变片等，因此能够得到功能化的结构单元。该结构单元具有良好的柔弹性，在应力作用下发生形变可引起各结构单元性能变化，并且具有可拉伸、滞后小、回复性好、性能稳定等优点，因此可作为应力传感器而应用，具有良好的应用前景。

技术领域

本发明涉及柔性电子技术领域，尤其是涉及一种液态金属基柔性结构单元的 制备方法以及一种可拉伸应力传感器。

背景技术

随着柔性电子学及可穿戴设备的发展，可拉伸应力传感器因具有优异的可拉 伸性及舒适性而越来越受到人们的关注，在机器人、人机交互、人体健康/运动 监测、人体辅助康复系统等领域具有广泛的应用前景。

传统应力传感器主要由康铜等固体金属材料，或者是光纤作为传感器的功能 材料，虽然具有测量精度高、重复性好、稳定性好，但是都无法实现对大应变的 探测。当前已报道了一些柔性可拉伸传感器，主要是由金属纳米线、金属纳米颗 粒、石墨烯、碳纳米管、炭黑、导电高分子等导电功能材料与一些弹性体材料复 合而成，虽然能够实现一定程度的拉伸应变的测量，但是由于模量不匹配问题， 还存在着滞后大、回复性差、稳定性差等问题。

选用液态导电材料与弹性体材料复合可以有效避免模量不匹配问题，从而实 现传感器低回滞、高回复性等特性。目前，液体导电材料主要是液态金属和离子 液体。液态金属主要是指室温下为液态的镓基合金，具有低毒性、可变形性、高 导电性、大表面张力等特点。离子液体主要是有机阳离子、有机阴离子、无机阳 离子、无机阴离子中两种或更多的组合的物质与水、有机液体或低聚物等溶剂配 成的液体，具有可调的导电性、可变形性、溶剂易挥发、差稳定性的特点。相比 而言，液态金属是制作低模量、低回滞的可拉伸应力传感器的优选材料。

现在，制备液态金属基可拉伸传感器一般是通过模板制备微流道再注射液态 金属的方法，这种方法会受限于注射针头难以做小和注射压力不能太大，因此难 以实现大批量的产业化生产。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种液态金属基柔性结构单元的制备方法， 该方法简单，便于结构设计，制得的柔性结构具有良好的柔弹性，可用于复杂弯 曲的表面。

本发明的技术方案为：一种液态金属基柔性结构单元的制备方法，包括如 下步骤：

(1)制备图案化的浸润-不浸润模板；

(2)在所述模板的图案表面制备液态金属层，得到液态金属图案；

(3)经上述步骤处理后的模板表面用第一弹性体进行封装；

(4)将第一弹性体从所述模板表面剥离，液态金属图案从模板表面转移到 第一弹性体中。

所述图案化的浸润-不浸润模板是指在液态金属不浸润的基板上存在着液 态金属可浸润的图案。即，液态金属在该基板表面的接触角大，在该基板表面处 于滚动状态，无法平铺累积形成覆盖层；液态金属在图案材料表面的接触角小， 在该图案表面可平铺累积形成覆盖层。

构成所述图案的材料包括但不限于铜、金、铟、锡、PVC、PVA等中的一 种或多种材料的复合。

所述基板材料包括但不限于PP、PI、PET、PBT、PDMS等，或者以它们 为基体的复合材料。

所述的图案是具有一定功能化的结构，包括但不限于电路、电极、电容、 点阵、线圈、应变片等结构中的一种或多种的组合。