[发明专利]基于反应离子刻蚀的柔性可拉伸金膜电极及其制备方法

说明书

本申请公开了一种基于反应离子刻蚀的柔性可拉伸金膜电极及其制备方法，涉及电极材料技术领域。制备方法包括以下步骤：在经过反应离子刻蚀工艺处理后的高分子柔性基底表面磁控溅射一层金薄膜；其中，金薄膜的厚度为10‑40纳米，金薄膜具有微米和/或纳米尺度的裂纹结构。本申请用于提高柔性金膜电极的可拉伸性能。

技术领域

本申请涉及电极材料技术领域，尤其涉及一种基于反应离子刻蚀的柔性可拉伸金膜电极及其制备方法。

背景技术

传统的半导体器件是以硅为基底的平面状刚性材料，由于硅显脆性，断裂应变小于1％，因此传统电子器件完全不具备柔性和可拉伸性能。柔软可拉伸如橡胶的电子器件将逐渐替代传统的刚性电子器件。未来的电子器件将具有高度的变形性能，能改变自身的形状来满足拉伸、压缩和褶皱等形变的要求。柔性可拉伸电子器件将使许多应用变成可能，尤其在生物医疗器件、柔性显示、智能可穿戴设备等领域有望率先实现产业化，一些具体应用实例包括植入式神经电极、人工假眼、电子皮肤、可拉伸晶体管、人体健康监测设备等。

目前利用新型材料来实现电子器件的柔性可拉伸化，包括导电高分子复合材料、单壁碳纳米管、石墨烯薄膜、金薄膜电极等。在银纳米线和银纳米颗粒混合的高分子纤维中，银纳米线充当连接银纳米颗粒的桥梁，形成拥有更多电导通通路的渗流网络；掺杂于橡胶基体中的碳纳米管，在外拉伸应力的作用下，会重新排列以保持原有的导电通路。将其印刷在PDMS膜上，可以实现100％范围的拉伸率。石墨烯自从2004年被发现，由于具有优异的物理和化学性能，吸引了大量的研究。石墨烯作为单层或多层碳原子层，几乎完全透明，同时具有良好的柔软性和极高的导电性能，可以通过化学气相沉积法制备石墨烯/PDMS柔性可拉伸电子器件。

现有的柔性电极具有如下缺点：现有的导电薄膜柔性电极的基底由PDMS或其他弹性高分子组成，可拉伸性能不够高，同时导电薄膜和高分子基底之间的界面粘附力比较差，容易脱落，导致柔性电极的稳定性能不高，不利于长期植入式神经电极或长期体表可穿戴式生物信号监测。

发明内容

本申请的提供基于反应离子刻蚀的柔性可拉伸金膜电极及其制备方法，通过在经过反应离子刻蚀工艺处理后的高分子柔性基底表面磁控溅射一层金薄膜，避免了由于金膜与基底的界面粘附性较差，很容易脱落的弊端，同时实现了电极具有优异的可拉伸性能，能在大拉伸形变下仍保持电导通。

为达到上述目的，一方面，本申请提供了一种基于反应离子刻蚀的柔性可拉伸金膜电极的制备方法，包括以下步骤：在经过反应离子刻蚀工艺处理后的高分子柔性基底的表面磁控溅射一层金薄膜；其中，所述金薄膜的厚度为10-40纳米，所述金薄膜具有微米和/或纳米尺度的裂纹结构。

进一步地是，所述高分子柔性基底为SEBS高分子基底。

进一步地是，所述裂纹结构为琐碎的岛状。

进一步地是，具体包括以下步骤：

步骤1：将SEBS溶液旋涂在基片上，静置至其挥发成膜，得到SEBS高分子基底；

步骤2：利用反应离子刻蚀工艺对SEBS高分子基底表面进行刻蚀；

步骤3：将金属掩膜版贴在经过刻蚀处理后的SEBS高分子基底的表面，并在其表面上磁控溅射一层金薄膜，所述金薄膜的厚度为10-40纳米，所述金薄膜具有微米和/或纳米尺度的裂纹结构，且所述裂纹结构的形状为琐碎的岛状；

步骤4：移除金属掩膜版，得到基于反应离子刻蚀处理工艺的高度可拉伸柔性金膜电极。

进一步地是，所述步骤2中，反应离子刻蚀的工艺参数：Ar气体流量为10-15ccm；CF4气体流量为30-40ccm、气压为10-15Pa；功率参数为120-150W，刻蚀时间为80-100秒。

进一步地是，Ar气体流量为10ccm；CF4气体流量为30ccm、气压为13.3Pa；功率参数为150W，刻蚀时间为90秒。