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一种基于石墨烯的柔性电路

阅读：1051发布：2021-02-05

IPRDB可以提供一种基于石墨烯的柔性电路专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明涉及一种基于石墨烯的柔性电路，属于柔性电子技术领域。基于石墨烯的柔性电路包括衬底、缓冲层、导电层、封装层；所述衬底、缓冲层、封装层均采用柔性材料，所述缓冲层设置在衬底之上，所述导电层设置在缓冲层之上，所述封装层设置导电层上；所述导电层为基于石墨烯的导电材料，所述导电层通过迭代的单元分形图形结构连通电路。采用本方法的石墨烯电子皮肤，能够测量更大的应变范围。此外石墨烯良好的生物兼容性，较高的光通过率等特性赋予了石墨烯柔性电子器件绿色、智能、透明的特点。，下面是一种基于石墨烯的柔性电路专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种基于石墨烯的柔性电路，其特征在于：包括衬底、缓冲层、导电层、封装层；所述衬底、缓冲层、封装层均采用柔性材料，所述缓冲层设置在衬底之上，所述导电层设置在缓冲层之上，所述封装层设置导电层上；所述导电层为基于石墨烯的导电材料，所述导电层通过迭代的单元分形图形结构连通电路。

2.根据权利要求1所述的一种基于石墨烯的柔性电路，其特征在于：所述柔性材料为PET、PEN、PI、PU、PUA、PDMS中的一种或几种的组合。

3.根据权利要求1所述的一种基于石墨烯的柔性电路，其特征在于：所述石墨烯为石墨烯薄膜、石墨烯墙、石墨烯微片中的一种或几种的组合。

4.根据权利要求1所述的一种基于石墨烯的柔性电路，其特征在于：所述石墨烯由以下的一种或几种方法制备而成：化学气相沉积、溶剂热法、石墨烯氧化物还原、机械剥离、外延生长、碳纳米管纵切。

5.根据权利要求3所述的一种基于石墨烯的柔性电路，其特征在于：所述石墨烯薄膜层数为1～100层，所述石墨烯墙或石墨烯微片的厚度为0～10μm。

6.根据权利要求1所述的一种基于石墨烯的柔性电路，其特征在于：所述单元分形图形为皮亚诺Peano、Hilbert、Moore、Greek cross曲线中的一种或其组合。

7.根据权利要求6所述的一种基于石墨烯的柔性电路，其特征在于：所述单元皮亚诺曲线为改性的弧形皮亚诺曲线，其弧度为90～270度。

8.根据权利要求1所述的一种基于石墨烯的柔性电路，其特征在于：所述分形图形的连接方式分为横向、纵向或其组合。

9.根据权利要求1所述的一种基于石墨烯的柔性电路，其特征在于：通过以下一种或几种方法实现分形图形的图形化：光刻、等离子体刻蚀、紫外臭氧刻蚀、卷对卷、刮刀法、喷墨打印、丝网印刷、凸版印刷、凹版印刷、胶带转移。

10.根据权利要求1所述的一种基于石墨烯的柔性电路，其特征在于：所述衬底、缓冲层、封装层的制备及结合由以下一种或几种方式实现：旋涂、层压、卷对卷、刮刀法、喷墨打印、丝网印刷、凸版印刷、凹版印刷、胶带转移。

说明书全文

一种基于石墨烯的柔性电路

技术领域

[0001] 本发明属于柔性电子技术领域，涉及一种基于石墨烯的柔性电路。

背景技术

[0002] 可穿戴设备、电子皮肤、智能生物传感正积极地改变人们认知、思考和行为的方式。Google Glass、iWatch、Electronic Tattoo等为人们提供了立体的视觉体验，扩展了丰富的信息维度，挖掘了系统的健康大数据。尽管如此，人们对高品质生活、多资源获取，新感官体验的不断追求给未来的可穿戴设备还是形成了极大的挑战。特别地，在军事领域，笨重的穿戴武器装备和供能系统严重地限制了士兵的作战灵活性，复杂多变的战地环境也使得这些设备无法经得起考验。

[0003] 石墨烯，目前最先进的二维纳米材料，能够赋予可穿戴设备崭新的特性、崭新的功能、崭新的概念。它同时具备优异的光学、电学、力学、热学性能。单层原子石墨烯透光率为6
97.7％，其导电率高达10S/m，还具有最高的强度和硬度、柔性多变，这使得石墨烯成为最具潜力的柔性透明电极材料。薄膜石墨烯化学稳定，相对传统的金属材料拥有更好的生物兼容性，基于石墨烯的电子皮肤会更加智能绿色，生态友好，更富人体工学设计。石墨烯的引入在柔性电子学掀起“革命”成为可能，但其限制的伸展性成为了一大瓶颈。它在承受超过4％的应变后将遭受不可逆的破坏，导致电学性能的急剧下降。因此，如何使石墨烯在大应变、强拉伸长下仍然保持优异的特性是推动柔性电子器件浪潮一个亟需解决的问题。

发明内容

[0004] 有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于石墨烯的柔性电路，能够解决石墨烯在电子皮肤、穿戴设备等柔性电子设备中无法承受大应变的问题。

[0005] 为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

[0006] 一种基于石墨烯的柔性电路，包括衬底、缓冲层、导电层、封装层；所述衬底、缓冲层、封装层均采用柔性材料，所述缓冲层设置在衬底之上，所述导电层设置在缓冲层之上，所述封装层设置导电层上；所述导电层为基于石墨烯的导电材料，所述导电层通过迭代的单元分形图形结构连通电路。

[0007] 所述基于石墨烯的柔性电路是一种广义上的电路，它既可以作为导电通路联接各种电子器件和传感器，本身也可以作为有源器件例如电子皮肤。

[0008] 进一步，所述柔性材料为PET、PEN、PI、PU、PUA、PDMS中的一种或几种的组合。

[0009] 进一步，所述石墨烯为石墨烯薄膜、石墨烯墙、石墨烯微片中的一种或几种的组合。

[0010] 进一步，所述石墨烯由以下的一种或几种方法制备而成：化学气相沉积、溶剂热法、石墨烯氧化物还原、机械剥离、外延生长、碳纳米管纵切。

[0011] 进一步，所述石墨烯薄膜层数为1～100层，所述石墨烯墙或石墨烯微片的厚度为0～10μm。

[0012] 进一步，所述单元分形图形为皮亚诺Peano、Hilbert、Moore、Greek cross曲线中的一种或其组合。

[0013] 进一步，所述单元皮亚诺曲线为改性的弧形皮亚诺曲线，其弧度为90～270度。不同的弧度，石墨烯线路的拉伸特性不一样。一般情况下曲线的弧度越高，线路可承受的应变更大，但线电阻随之也增大了。根据实际情况，选择不同的曲线弧度。

[0014] 进一步，所述分形图形的连接方式分为横向、纵向或其组合。

[0015] 进一步，通过以下一种或几种方法实现分形图形的图形化：光刻、等离子体刻蚀、紫外臭氧刻蚀、卷对卷、刮刀法、喷墨打印、丝网印刷、凸版印刷、凹版印刷、胶带转移。

[0016] 进一步，所述衬底、缓冲层、封装层的制备及结合由以下一种或几种方式实现：旋涂、层压、卷对卷、刮刀法、喷墨打印、丝网印刷、凸版印刷、凹版印刷、胶带转移。

[0017] 本发明的有益效果在于：在本发明提供的技术方案中，石墨烯做为柔性电路的导电通路，其最大的单向可承受应变可高至30％，在横向和纵向两个方向可同时承受15％以内的应变。采用本方法的石墨烯电子皮肤，能够测量更大的应变范围。此外石墨烯良好的生物兼容性，较高的光通过率等特性赋予了石墨烯柔性电子器件绿色、智能、透明的特点。

附图说明

[0018] 为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：

[0019] 图1为分形图形的排列方式示意图；

[0020] 图2为基于石墨烯的电子线路结构示意图；其中：21为PET衬底，22为PI缓冲层，23为石墨烯薄膜层，24为PI封装层；

[0021] 图3为基于石墨烯的电子皮肤结构示意图；其中：31为弹性硅胶衬底，35为Cr/SiO2过渡层，32为PI缓冲层，33为石墨烯墙传感层，34为封装层。

具体实施方式

[0022] 下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。

[0023] 实施例一设置石墨烯线路图形的方式

[0024] 将原始皮亚诺曲线通过圆滑陡直的拐角成为弧形，成为改性的皮亚诺曲线，以获取更好的拉伸性能，如图1中的(1)所示。不同弧度的皮亚诺曲线其抗拉性能不同，设置其弯曲弧度分别为90°、180°、270°，如图1中的(2)所示。简单的锯齿型石墨烯线路如图1中的(3)所示。分形图形不同排列方式如图1中的(4)所示，其中的黑色方块为电子器件或传感器。

[0025] 实施例二制备柔性石墨烯线路

[0026] 将PET分别用等离子水、丙酮、异丙醇超声清洗10分钟后氮气吹干做为衬底。在衬底上旋涂一层PI，并固化。将10层CVD石墨烯单层薄膜移至PI上，接着在石墨烯上再旋涂一层PI封装并固化。参照图1D横向排列方式作为掩模图形，通过光刻和等离子刻蚀，得到最终的石墨烯线路，其剖面如图2所示。其中分形图形选择幅度为225°的改性皮亚诺曲线，石墨烯线宽为100μm。经测试，石墨烯线路在横向方向能够承受25％的应力。

[0027] 实施例三制备石墨烯电子皮肤

[0028] 将硅片分别用等离子水、丙酮、异丙醇超声清洗10分钟后氮气吹干。在硅片上旋涂一层PDMS后紫外处理，在PDMS上旋涂一层PI并固化。将CVD生长的1μm厚石墨烯墙转移至PI上，并再用一层PI封装。按照图1D组合排列方式作为掩模图形，通过光刻和等离子刻蚀，得到PI包裹的石墨烯线路。用可溶水胶带把石墨烯图形化条带从Si/PDMS上剥离出来，再在PI上依次蒸镀一层Cr/SiO2层，并粘贴在弹性硅胶上，通过紫外处理加强结合。用水把胶带溶解掉，即可得到石墨烯电子皮肤，其剖面结构如图3所示。此电子皮肤可测量人体纵向、横向的应力应变、压强、以及温度等参数。

[0029] 最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

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