[发明专利]一种柔性透明高稳定离子导电电极、制备方法及其应用

说明书

本发明公开了一种柔性透明高稳定离子导电电极、制备方法及其应用，首先将三类功能不同的丙烯酸酯单体、离子盐粉末、交联剂和光引发剂充分搅拌，混合均匀；随后将上述混合溶液倒入模具中，紫外灯照射发生共聚聚合交联反应，即可获得柔性透明高稳定离子导电电极。本发明通过改变单体，能同时对离子导电电极的电导率和拉伸性能进行提升。将其用做电极制备发光器件时，器件具有很好的发光性能和柔性性能，并且这个器件对拉伸、压力、温度和环境液体的变化能进行响应，表现出多功能和多重响应性能。本发明的电极制备步骤简单易操作，便于大规模生产，有望在多功能电子皮肤、物联网传感器和智能机器人等领域得到应用。

技术领域

本发明属于高分子材料及其在柔性电子中的应用，具体涉及通过原材料的选取，合成出可以同时提升电导率和拉伸性能的离子导电电极，并利用离子导电电极制备出集多种功能为一体的电子皮肤。

背景技术

人体皮肤是人体最大的感觉器官，能够感受多种外部刺激，例如压力、剪切力、应变、温度、湿度、气流和疼痛等。同时，人体皮肤还具有可拉伸、自愈合和弹性等功能。这些特征促使广大科研工作者将大量精力用于制备与人体皮肤性能相似，甚至超过其性能的人造电子皮肤。其中，作为电子皮肤的重要组成部分，设计制备高性能柔性电极对这个领域的发展具有决定性意义。

当前柔性电极可以通过采用褶皱式或图案化设计等加工技术，在柔性聚合物基底上制备可拉伸电极。此外，通过在聚合物弹性体中掺杂导电纳米材料，如金属纳米颗粒、纳米线、碳纳米管、石墨烯和导电聚合物等，同样能制备柔性复合电极。上述柔性电极的制备极大推动了具有高灵敏度和良好力学适应性的电子皮肤的发展。然而，这些柔性电极在应用于智能传感设备或者可穿戴电子器件时，仍存在一系列困难，对电极进行褶皱式或图案化设计处理的加工成本较高，难以实现大规模工业化应用。对聚合物弹性体进行掺杂导电填料等方式制备柔性电极，是目前受关注较多、成本较低的方法，但复合电极的电学与力学性质通常存在一个矛盾点：当增加导电填料可以提高复合材料的导电性，但其力学性会降低，难以实现良好的拉伸性能；如果增加弹性体的量，会破坏原有导电填料原有的导电通路，影响复合电极的电学性能。

离子导体凝胶在柔性电子领域中具有很强的潜在应用价值，吸引了极大关注，(Adv.Mater.2018，30，1704403)。目前离子导体水凝胶材料研究较多，但由于其在空气中易失水变硬失效，需要外加保护层，这极大增加了加工难度和生产成本。通过在弹性聚合物中掺杂有机离子液体制备有机离子凝胶，不会产生挥发性问题，但有机离子液体泄漏难以避免。近期通过在弹性体中掺杂金属锂盐制备的离子导电弹性体，能改变导电体不稳定的问题(Nature Communications 2018，9，2630)。但这种导体弹性体的电导率和力学性能有待提高，而同时提高这两个性能是一个矛盾的问题，主要原因是缺乏合适的聚合物弹性体。因此，选择合适的单体进行共聚聚合，制备相应的弹性体，实现导体弹性体的电导率和力学性能的同时提升，对柔性电子技术的发展意义重大。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，通过共聚交联聚合策略制备一种新的聚合物弹性体，同时获得高稳定的离子导电弹性体。

为了实现这个目标，本发明在丙烯酸酯离子弹性体合成前加入了含有乙氧基官能团的丙烯酸乙氧基乙氧基乙酯，它的加入可以使弹性体的电导率有一个明显的上升。然而，随着丙烯酸乙氧基乙氧基乙酯的加入，合成出的离子弹性体的力学性能会减弱，其拉伸-断裂性能会有一个大幅的下降，为了在提高弹性体电导率的同时保持一个高的拉伸-断裂性能，在合成前添加了含有羟基的丙烯酸酯。

采用三类功能不同的丙烯酸酯类单体，并以离子盐，交联剂，光引发剂作为原料；在上述原料在混合搅拌均匀后，在365nm波长的紫外光下进行共聚交联聚合反应获得所述导电电极。

离子导电电极主要由紫外光引发自由基聚合使得不同的单体发生共聚生成。丙烯酸酯单体包括丙烯酸丁酯，丙烯酸丙酯，丙烯酸乙酯，丙烯酸甲酯中的一种或几种。

提高电导率单体为丙烯酸乙氧基乙氧基乙酯。