[发明专利]一种自修复可拉伸电极及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种修复可拉伸电极及其制备方法和应用。修复可拉伸电极包括聚合物结构和金属颗粒，金属颗粒负载在聚合物结构的表层内部，聚合物结构的表面形成褶皱的结构。制备方法为：将聚合物在水中进行溶胀，然后加入到金属化合物溶液中进行银镜反应，反应后进行干燥后得到电极。可重复拉伸性能较好，拉伸率不同时，电阻的变化值较小。并且具有较好的抗氧化性能。

技术领域

本发明属于电极材料技术领域，具体涉及一种自修复可拉伸电极及其制备方法和应用。

背景技术

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

随着可穿戴设备、可植入器件、软体机器人等新一代电子设备及技术的发展，寻找或制备具有优良性能的柔性可拉伸电极，特别是具有自修复功能的可拉伸电极尤为关键。将导电材料与自修复弹性体相结合是目前制备自修复可拉柔性电极最直接有效的方法。银是目前已知导电性能最好的金属，虽然，银纳米线具有优异的导电性能及良好的耐弯折性能，被广泛的应用可拉伸电极的制备，但是，在循环拉伸过程中银纳米线会产生不可避免的断裂，造成其电性能的下降。而且，银长期暴露在空气中，易氧化而降低其导电性。

发明内容

针对上述现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种自修复可拉伸电极及其制备方法和应用。

为了解决以上技术问题，本发明的技术方案为：

一种自修复可拉伸电极，包括聚合物结构和金属颗粒，金属颗粒以半包埋的方式负载在聚合物结构的表层，聚合物/金属颗粒复合材料的表面形成褶皱的结构。

复合材料的褶皱结构，使电极在重复拉伸后，仍然能够恢复形状。并且，金属颗粒包埋在褶皱结构的表层内部，在复合材料被拉伸之后，褶皱结构随着受力方向舒展，所以即使被拉伸，电极表面银粒子之间仍保持良好的相互接触，所以电极具有保持电极特性的效果。

在本发明的一些实施方式中，聚合物为亲水性聚合物，可选为：聚(甲氧基聚乙二醇丙烯酸-co-丙烯酰吗啉)或聚(甲氧基丙烯酸乙酯-co-N,N-二甲基丙烯酰胺)等。

在本发明的一些实施方式中，金属为银、金或铜等其它导电金属；优选为银。

第二方面，上述修复可拉伸电极的制备方法，所述方法为：将聚合物在水中进行溶胀，然后加入到金属化合物溶液中进行银镜反应，反应后进行干燥后得到电极。

通过溶胀-收缩的方法，构建多层次褶皱结构，保证电极在拉伸过程中，仍具有连通的导电网络。利用原位银镜反应，将银粒子原位包埋在聚合物表层(如图3所示)，由于银粒子被包埋在聚合物表层，导致聚合物表层的模量和聚合物内部模量不一致，在加热烘干过程中致使表层的收缩速率和内部收缩速率不一致，从而产生褶皱结构，该褶皱结构的拓扑结构可以通过简单的改变银氨溶液的浓度进行调控(如图7所示)。同时，由于银粒子是以包埋方式存在褶皱结构当中，因此，电极具有优异的耐老化性能。

在本发明的一些实施方式中，金属化合物溶液为银氨溶液与还原剂溶液的混合溶液。

进一步的，银氨溶液的质量百分比浓度为1-4％；优选为3-4％。

在本发明的一些实施方式中，还原性剂为葡萄糖、乙醛、维生素溶液等。通过银镜反应，使银颗粒均匀的与聚合物结合。

优选的，还原剂溶液中还原剂的质量百分比浓度为0.5-4％；优选为1％。

通过将溶胀后的聚合物放入到金属化合物溶液中后，进行银镜反应，金属化合物被还原为金属单质，并且嵌入到聚合物结构的表层，形成导电层，并且聚合物形成的致密的褶皱结构对银颗粒形成保护作用，避免银颗粒受到氧化的作用，使电极的抗氧化性能提高，在空气中可以存放。