[发明专利]应用于可延展电子器件中的导线以及可延展电子器件和制备方法

说明书

本发明涉及一种应用于可延展电子器件中的导线以及可延展电子器件和制备方法，在所述导线上设有容许导线延展形变的镂空区。本发明通过薄膜结合镂空区的形式对电子器件中的功能元件进行连接，在增加器件延展性的同时，还保证了功能密度，实现了柔性电子器件对延展性和便携性需求。

技术领域

本发明涉及柔性电子技术领域，特别是涉及应用于可延展电子器件中的导线以及可延展电子器件和制备方法。

背景技术

目前的大部分柔性电子产品，如心电贴、温度贴等，仅仅只能实现柔性，其延展性能十分有限；而人体皮肤具有很强的伸缩性能。当这些器件贴在人体体表手肘、手腕、大腿等位置时，皮肤的剧烈收缩和拉伸会导致器件的脱粘。

对于另外一部分柔性电子产品，如运动腕带等，虽然实现了较大的延展性(10％-20％)，但是由于设计中器件延展性主要由导线承担，因此牺牲了功能元件的集成程度。换言之，单位面积内的功能元件数量很少。如果对其他功能更加复杂的柔性电子器件采用类似的可延展设计方法，将会极大增加器件的体积，降低器件便携性。

为了保证柔性电子器件在复杂的外界环境中仍然具有完整的功能性，必须要解决半导体材料较差的变形能力与整体设备较大的可延展性和柔韧性需求之间的矛盾。针对这个问题，许多研究机构通过研制新型材料来提高半导体器件本身的变形能力，如有机半导体材料、掺杂单壁碳纳米管的聚合物等，但这些新型材料在电学性能上并不如传统的无机材料，比如一般的导电聚合物的导电率(约100S/cm)要远小于铜(5.96×10⁵S/cm)；另一方面，也有研究人员将重点放在柔性电子器件的结构设计上。他们将传统无机半导体材料与柔软的承载基体集成，通过优化基体和导线的设计方法，使电子器件在能满足对于变形需求的同时，还能保持良好的电学性能。

目前在对无机柔性电子器件的研究中，实现器件延展性的方案主要分为三种，分别是：波浪结构法、直导线岛桥结构法和蛇形导线岛桥结构法。

参见图1a、图1b，波浪结构法通过在薄膜—基体的系统中引入屈曲而实现。它将刚度很大的带状薄膜(即功能元件)粘结在一个预拉伸的柔性基体上，释放基体后，薄膜由于屈曲而和基体共同发生了波浪状的变形，从而令器件能承受更大的拉伸应变。通过该方法设计及制备的可延展电子器件，包括类皮肤传感器和柔性显示器等。

参见图2，直导线岛桥结构法将功能元件(岛)通过化学方法粘合在经过预拉伸的基体上，组件之间通过导线(桥)进行连接，导线与基体之间不发生粘合。释放预应变后，导线发生面外屈曲而拱起，从而提高柔性电子器件的延展性。通过该方法设计及制备的可延展电子器件，包括仿人眼的电子眼相机和柔性LED显示器等。

参见图3，蛇形导线岛桥结构法则通过蛇形导线连接相邻的功能组件，然后将岛桥结构印制在没有经过预拉伸的基体上。当器件进行拉伸时，导线会发生面外的弯曲和扭转(即面外屈曲)，从而减小导线的应变能。通过该方法设计及制备的可延展电子器件，包括多功能皮肤电子和可延展锂离子电池等。

上述三种设计方法均存在一定的局限性。其中，波浪结构法仅能获得很小的延展率(约10％)；而直导线和蛇形导线岛桥结构虽然获得的延展率较高(分别为约40％和约100％)，但由于导线的引入，功能元件之间需要很大的空间以容纳尽量长的导线，这使得器件的力学性能(延展率)与电学性能(电阻、功能密度等)成了相互矛盾的指标，同时也影响了功能组件的集成程度。延展率和功能密度之间的矛盾，极大限制了可延展电子器件微型化、商业化以及适用范围。

发明内容

基于此，有必要针对延展率和功能密度之间难以兼顾的问题，提供一种应用于可延展电子器件中的导线，通过薄膜结合镂空区的形式对电子器件中的功能元件进行连接，在增加器件延展性的同时，还保证了功能密度(功能元件和导线的总面积与器件面积的比值)，实现了柔性电子器件对延展性和便携性需求。

一种应用于可延展电子器件中的导线，在所述导线上设有容许导线延展形变的镂空区。