[发明专利]一种仿蝴蝶和蜂窝外形结构的组合式负泊松比柔性电极

说明书

本发明公开了一种仿蝴蝶和蜂窝外形结构的组合式负泊松比柔性电极，由柔性基底层和导电层两部分构成。其中，柔性基底层下表面刻蚀有7×3的圆弧曲线负泊松比蜂窝芯结构，以进一步提高柔性电极的整体延展性。导电层由一个3×3的组合仿生蝴蝶型负泊松比蜂窝结构排列组成，从结构上使导电层具有更高的延展性和弯曲性，与柔性基底配合，在循环形变程度更高的情况下，保证导电层的完整性。本发明解决了解决了现有柔性电极在使用过程中导电层易崩裂，使用过程中性能不稳定、不耐用的问题，在日常人体健康监测中具有优越的使用前景。

技术领域

本发明属于柔性电子技术领域，具体涉及一种仿蝴蝶和蜂窝外形结构的组合式负泊松比柔性电极。

背景技术

柔性电极是一种将电子器件制作在柔性或可延展材料上的设备，与传统电极相比，柔性电极具备在设备形变条件下，可正常工作的优点。随着穿戴式设备在医疗领域的普及，柔性电极在保证导电性能的同时，与人体皮肤贴合度高，被越来越多的应用于各种人体健康的检测和疾病的治疗。

现有的柔性电极在此领域中为实现电极随人体皮肤形变仍能使用的目的，采用的方法如下：使用超薄金属膜或连续的金属纳米线网络膜制成导电层，再与多个柔性基底、柔性中间层物理交叉叠放在一起，使整个柔性电极具有导电性能，并且可以收缩、拉伸。然而，在持续增加的拉伸应变下，导电层的金属膜会断裂脱落，致使电路电阻大幅增加，导电层表现出较低的导电性，不能保证柔性电极继续正常工作。因此研究出能够兼顾反复变形和良好导电性的高韧性导电层是仍是研究的热点，也是急需攻克的难点。

基于以上问题，本发明提出了一种仿蝴蝶和蜂窝外形结构的组合式负泊松比柔性电极，包括柔性基底层和导电层，柔性基底层下表面刻蚀有7×3的圆弧曲线负泊松比蜂窝芯结构，以进一步提高柔性电极的整体延展性。导电层由一个3×3的组合仿生蝴蝶型负泊松比蜂窝结构排列组成，从结构上使导电层具有更高的延展性和弯曲性，与柔性基底配合，在循环形变程度更高的情况下，保证导电层的完整性。

以上设计实现了本发明具备在多次形变的条件下，降低导电层断裂的可能，使设备仍可正常使用的特点。解决了现有柔性电极无法同时具备反复拉伸性和良好导电性的问题。本发明在日常人体健康监测中具有优越的使用前景。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的是提供一种轻薄、柔软、结构简单，性能稳定、灵活耐用的仿蝴蝶和蜂窝外形结构的组合式负泊松比柔性电极。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种仿蝴蝶和蜂窝外形结构的组合式负泊松比柔性电极，包括柔性基底层和导电层，其中，柔性基底层下表面刻蚀有7×3的圆弧曲线负泊松比蜂窝芯结构，导电层通过3D打印技术打印在柔性基底的上表面，该导电层由一个3×3的组合仿生蝴蝶型负泊松比蜂窝结构排列组成，组合仿生蝴蝶型负泊松比蜂窝结构由一个蝴蝶外形和两个二分之一六边形蜂窝外形组合而成。提高柔性基底层柔韧度的同时，也提高了导电层的柔韧性，使导电层跟随柔性基底层形变的程度更高，减少破裂的可能性。

进一步，作为优选，柔性基底层下表面刻蚀的7×3圆弧曲线负泊松比蜂窝芯结构中的竖直边重合拼接，圆弧边凹角处通过连接筋相互连接。

进一步，作为优选，所述的柔性基底层选用具有耐腐蚀性强、透气性好、无毒的聚酰亚胺(PI)薄膜，厚度为1.5um-2.5um。

进一步，作为优选，所述的导电层选用具有优异的导电性、力学性能及良好的柔韧性碳纳米管，厚度为0.2um-0.3um。

进一步，作为优选，所述的圆弧曲线负泊松比蜂窝芯结构和组合仿生蝴蝶型负泊松比蜂窝结构都具有抗拉伸、抗弯曲和抗疲劳的负泊松比特性，该特性一方面保证了柔性电极的柔韧性，另一方面避免了导电层在柔性基底层高机械变形下发生裂纹，从而影响导电性。

进一步，作为优选，该电极具有质量轻、厚度薄、皮肤适应性强的特点，在日常人体健康监测中具有优越的使用前景。