[发明专利]一种预应力下提升柔性电极拉伸弯曲的制备方法及制备装置

说明书

本发明公开了一种预应力下提升柔性电极拉伸弯曲的制备方法，包括以下步骤：将PDMS预聚物和固化剂制成PDMS/PI薄膜并切割成方形薄片；将薄片按通孔位置安放在拉伸平台上进行预拉伸；激光辐射PDMS/PI薄膜而诱导薄膜内的PI产生石墨烯化，通过控制激光辐射路径，制备PDMS/PI复合材料柔性电极；激光辐照结束后，通过控制拉伸平台的运动速度将加工后的PDMS/PI薄膜缓慢释放拉力，直到PDMS/PI薄膜恢复原形，柔性电极制备完成。本发明还公开了一种制备装置。本发明通过预拉伸，在激光作用结束后缓慢释放拉力，PDMS/PI薄膜受内应力作用恢复原形，而诱导产生的石墨烯层会在内应力的作用下挤压形成波纹结构，从而提高制备的柔性电极的拉伸和弯曲性能。

技术领域

本发明属于涉及一种柔性电极的制备方法及制备装置，尤其是指一种预应力下提升柔性电极拉伸弯曲的制备方法及制备装置。

背景技术

随着电子设备的发展，柔性电子设备越来越受到大家的重视。其中，柔性电极在柔性电子产品或可穿戴式电子产品中引用广泛。现阶段制备柔性电极的方法很多，对于柔性电极的材料选择上也有多种方向。目前主流的制备柔性电极的方法是，在柔性基体上，掺入可导电的刚性材料，来实现电极既能具备柔性特征，又能实现导电的功能，兼顾了导电性和柔性的性能。例如以PDMS(聚二甲基硅氧烷)为柔性基底，掺入CNTs(碳纳米管)、Graphene(石墨烯)、金属等可导电材料来制备柔性电极，实现了使用过程中要求的柔性和导电性的目标。

现有的制备石墨烯柔性电极的技术，主要以石墨烯与柔性基体相结合的形式，其中存在一定的不足，主要体现在石墨烯的制备和石墨烯与柔性基体相结合这两个方面。

例如，石墨烯-PDMS制备柔性电极，需要先将石墨烯制成氧化石墨烯，再将氧化石墨烯表面改性生成表面改性石墨烯，最后再将表面改性石墨烯与PDMS经过特定的工艺处理，才能制备出可应用的石墨烯-PDMS柔性电极。其中，石墨烯的制备采用氧化还原法，虽然能够大量制备，但制备的石墨烯也有明显的缺陷。这种制备柔性电极的方法，需要对石墨烯进行多次处理，对操作的要求、操作的环境以及设备也有比较高的要求。

而激光诱导石墨烯(LIG)虽然可以快速便捷制备具有多孔结构的石墨烯，而且，在含有PI的弹性基体上可以直接制备，省去了石墨烯与弹性基体的结合工序，但LIG也有其缺陷，主要体现为：与单层石墨烯中完美的碳六边形不同，LIG包含大量5元和7元环。这些5元环和7元环增加了二维石墨烯层中碳原子之间的曲率，以及激光照射引起的热膨胀使石墨烯边缘呈现纳米级波纹。这些因素导致LIG材料中有数百万个缺陷，这些缺陷使LIG的机械强度远低于单层石墨烯。以LIG制备的柔性电极，由于LIG基柔性电极依靠石墨烯自身的变形实现柔性，拉伸和弯曲性能差，在变形过程中LIG受力，特别是在可穿戴式设备中往复变形，循环受力的工况下，容易对LIG的结构会造成破坏，进而使柔性电路的性能和耐用度降低，严重影响设备的使用寿命。

发明内容

本发明的目的在于针对上述问题，提供一种制备简单、方便和效率高的预应力下提升柔性电极拉伸弯曲的制备方法及制备装置。本发明通过预拉伸，在激光作用结束后缓慢释放拉力，PDMS/PI薄膜受内应力作用恢复原形，而诱导产生的石墨烯层会在内应力的作用下挤压形成波纹结构，从而提高制备的柔性电极的拉伸和弯曲性能。

本发明的目的可采用以下技术方案来达到：

一种预应力下提升柔性电极拉伸弯曲的制备方法及制备装置，包括以下内容：

将PDMS预聚物和固化剂按比例混合并搅拌，然后放入真空泵中抽真空20分钟；再将PI粉末按不同的比例加入预聚物和固化剂的混合溶液中并搅拌，再倒入培养皿中；将培养皿放入真空泵抽真空直至溶液中的气泡完全消失，然后将培养皿放入恒温烤箱，最后从培养皿中取出PDMS/PI薄膜并切割成方形薄片；

在靠近方形薄片的四个角和四条边的中间位置，用打孔器打出的通孔，再将薄片按通孔位置安放在拉伸平台上进行预拉伸；