柔性电极的发展与应用前景
柔性电子技术在医疗领域的应用分析
柔性电子技术在医疗领域的应用分析一、引言柔性电子技术是指采用可弯曲、可拉伸、柔软等特性的材料制备的电子设备，其特殊的物理、化学和机械性质使得它在医疗领域具有巨大的潜力。
柔性电子技术的应用能够提高疾病早期诊断、有效治疗以及进行远程医疗，从而大大改善人们的生活质量。
本文将对柔性电子技术在医疗领域的应用进行深入分析。
二、柔性电子技术在医疗领域的应用1. 智能病床智能病床通过安装柔性传感器和智能计算机来监测病人的生理参数，如呼吸、心率、体温等。
这些传感器能够提供准确的参数，从而及时发现患者的异常情况，为医疗工作提供可靠数据支持。
智能病床还可以通过触摸屏与医护人员进行沟通，提高医疗效率。
2. 智能药箱智能药箱采用柔性电子技术制备出轻、薄、柔性的电子设备，在监测药物温度、湿度和存储情况等方面具有优势。
智能药箱可以将药物存储的参数及时传输到云端，实现对药品状态的全面监控，为医护人员提供迅速的药品信息。
3. 柔性电极贴柔性电极贴是利用柔性材料制备的电极，可以贴在人体表面实现无创测量。
它可以用于心电图、脑电图等生理信号的监测，具有小型化、便携化的优势。
柔性电极贴可以有效识别并记录不同部位的生理信号，为医生提供更完整、更准确的病情分析。
4. 柔性血糖监测器柔性血糖监测器采用柔性电子技术，能够在人体表面实现无痛测量，非常适用于糖尿病患者的血糖监测。
柔性血糖监测器可以自动采集血糖数据，并通过与手机或电脑连接，将数据传输到云端，为医生提供可靠的诊断依据。
5. 柔性体温计柔性体温计采用柔性电子技术制备，可以轻松贴于身体表面，实现全天候温度监测。
柔性体温计可以及时发现体温异常，有助于疾病早期发现和治疗。
此外，柔性体温计在实验室以及研究领域也具有广泛的应用。
三、柔性电子技术在医疗领域的前景随着医疗科技的不断发展，柔性电子技术在未来的医疗领域中将拥有更大的应用前景。
一方面，柔性电子技术可使电子设备更轻、更便携、更耐用，从而方便医护人员更好地开展工作。
材料科学中柔性电子学的发展和应用研究
材料科学中柔性电子学的发展和应用研究柔性电子学是近年来兴起的一门学科，其研究对象是对机械弯曲变形具有较好适应性的电子材料。
这些材料适用于人体接触的传感、诊断和治疗等方面的应用，也适用于大规模智能终端和生物医学器械中。
因此，随着柔性电子学的发展，材料科学和纳米科技的应用研究也得到了迅猛的推进。
柔性电子学的发展也将极大地促进各行业的技术进步。
一、柔性电子学的发展历程柔性电子学的发端可追溯到上个世纪七十年代。
在那个时候，柔性的薄膜电极已广泛应用于各类液晶显示器和柔性可充电电池中。
此后，在不断的研究实践中，学者们发现将晶体管和电容器等元器件嵌入柔性电子膜中极具潜力。
2002年，美国伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的电气工程师约翰·罗杰（John Rogers）和物理学家拉尔夫·纳茨（Ralph Nuzzo）利用了硅材料与生物医学器械的TFC电影材料的合成，成功地制造了一种可弯曲的薄膜电子薄片。
这项成果得到了业界的广泛关注，并为柔性电子学的发展奠定了坚实的基础。
二、柔性电子学的应用前景1. 柔性触控屏幕的发展目前常见的平板电脑、智能手机和配件等电子设备均采用玻璃作为屏幕材料，这样的材料非常坚硬，但缺少柔性。
因此，随着柔性材料在电子行业中的广泛应用，柔性触控屏幕的利用预计将会得到极大的发展。
2. 柔性电子皮肤的巨大潜力在生物医学工程领域，柔性电子学的潜力也越来越受到重视。
特别针对于设计制造一种可供贴在人体皮肤上的生物传感器。
今天，具有不同形状和纹理的传感器被开发出来，它们可以感知人体生理数据，例如温度、湿度、压力和噪音等。
3. 柔性可穿戴健康监测设备的发展随着柔性电子学的发展，越来越多的健康监测设备逐渐应用于生活中。
通过感知人体的血压、心率、脉搏和其他生理数据，这些设备可以更好地监测人类的健康状况，从而提高人们的生活质量。
三、柔性电子学的材料研究针对柔性电子学的发展，材料科学和纳米科技的应用研究也得到了迅猛的推进。
柔性电极的发展历程
柔性电极的发展历程
柔性电极的发展历程可以追溯到20世纪60年代。
在早期的研究中，针对柔性电极的制备方法以及材料选择方面存在很多挑战。
当时的研究人员主要采用金属箔、合成聚合物薄膜和碳纳米管等作为柔性电极的基材。
然而，这些材料在柔性性能、导电性能以及稳定性方面都存在一定的缺陷。
随着科技的进步，新材料的开发为柔性电极的制备提供了更多的选择。
例如，石墨烯作为一种具有高导电性和柔性性能的材料被广泛研究和应用。
同时，纳米材料如银纳米线和导电聚合物也被用于柔性电极的制备，以提高其导电性能和柔性性能。
此外，制备方法的改进也促进了柔性电极的发展。
传统的制备方法如溅射、蒸发、电镀等技术难以实现柔性电极的制备。
而新兴的制备方法，如喷墨打印、柔性离子凝胶模板法以及溶液浸渍等方法，使得柔性电极的制备变得更加简便和经济。
随着技术的不断发展，柔性电极在许多领域展示出广阔的应用前景，如可穿戴电子产品、可折叠电子设备、生物医学传感器等。
相信随着材料科学和制备技术的进步，柔性电极将会在更多领域得到应用，并为我们的生活带来更多便利和创新。
柔性传感电极的制备及其在医疗诊断中的应用
柔性传感电极的制备及其在医疗诊断中的应用随着医疗技术的进步，人们对于电生理传感器的需求也越来越高。
传感器是一种能够将环境参数转换成电信号的仪器，可以实现对生物电信号的监测和记录，这在医疗诊断中有着广泛的应用。
近年来，柔性传感电极作为一种新型的电生理传感器，由于其良好的可弯曲性和生物相容性，在医疗领域中得到了广泛的应用。
柔性传感电极的制备方法主要有两种，一种是基于柔性聚合物基底，采用微电子加工工艺制备，另一种是基于生物相容性材料，通过柔性封装制成。
不管是哪一种制备方法，都需要通过选择合适的材料和优化制备工艺来保证传感器的性能。
柔性聚合物基底制备法是目前应用最为广泛的一种。
其中，聚氨酯弹性体、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）和聚四氟乙烯（PTFE）是制备柔性传感电极常用的材料。
聚氨酯弹性体由于其良好的弹性和可塑性，在传感电极中有广泛的应用。
聚酯薄膜和聚碳酸酯是以PET为原料制成的，这两种材料在柔性传感电极中也有着广泛的应用。
而PTFE不仅具有良好的生物相容性，而且具有优异的耐腐蚀性和化学稳定性，因此在一些需要长时间使用的传感器中也有应用。
除了材料的选择之外，制备柔性传感电极时的加工工艺也至关重要。
制备柔性传感电极的加工工艺不仅需要考虑到其柔性和生物相容性，还需要考虑到其机械强度和稳定性。
一般来说，制备柔性传感电极必须要涉及到光刻、电极沉积和蚀刻等加工过程。
在这些加工过程中，需要使用一些有机溶剂和金属化合物等材料，因此在制备过程中必须要注意环保和安全。
在医疗领域中，柔性传感电极已经得到了广泛的应用。
在神经科学领域中，柔性传感电极可以用于记录和分析脑电图（EEG）、电生理信号、神经细胞活动和肌电信号等。
柔性传感电极可以被放置在患者的皮肤表面、脑表面或者肌肉表面，通过记录和分析信号来帮助医生进行诊断。
在生物传感领域中，柔性传感电极可以用于检测人体健康指标，如心率、呼吸、血氧等。
总的来说，柔性传感电极作为一种新型的电生理传感器，在医疗领域中具有广阔的应用前景。
柔性导电材料
柔性导电材料柔性导电材料是一种具有导电性能且具有柔韧性的材料，它在电子设备、医疗器械、智能穿戴设备等领域具有广泛的应用前景。
柔性导电材料的研究和开发对于推动电子科技的发展具有重要意义，本文将对柔性导电材料的特点、应用和发展前景进行介绍。
首先，柔性导电材料具有优异的柔性和导电性能。
它可以在弯曲、拉伸等变形情况下仍然保持良好的导电性能，这使得它在柔性电子设备中具有重要的应用价值。
与传统的刚性导电材料相比，柔性导电材料可以更好地适应复杂的环境和形状，为电子设备的设计和制造提供了更多的可能性。
其次，柔性导电材料在医疗器械领域有着重要的应用。
例如，可穿戴式医疗设备需要具有良好的舒适性和适应性，柔性导电材料可以满足这一需求。
它可以用于制造医疗传感器、健康监测设备等，为医疗诊断和治疗提供了新的可能性。
同时，柔性导电材料还可以用于生物医学领域，例如可植入式医疗器械和组织工程材料等方面。
此外，柔性导电材料在智能穿戴设备和可穿戴电子产品中也有着广泛的应用。
随着智能技术的发展，人们对于智能穿戴设备的需求不断增加，而柔性导电材料正是这些设备的关键材料之一。
它可以用于制造智能手表、智能眼镜、智能健身设备等，为人们的日常生活和健康管理提供了便利。
最后，柔性导电材料的发展前景十分广阔。
随着电子科技的不断进步和应用领域的不断拓展，对于柔性导电材料的需求将会越来越大。
未来，随着材料科学、纳米技术等领域的不断发展，柔性导电材料的性能和应用将会得到进一步的提升，为人类社会的发展和进步带来更多的机遇和挑战。
综上所述，柔性导电材料具有优异的柔性和导电性能，广泛应用于电子设备、医疗器械、智能穿戴设备等领域，并且具有广阔的发展前景。
我们相信，在不久的将来，柔性导电材料将会在人类社会的各个领域发挥出更加重要的作用，为人类的生活和工作带来更多的便利和可能性。
荷清柔电中心：柔性电子在未来的应用
柔性电子在未来的应用一、柔性器材：医学监测、诊断和治疗柔性器件在生物医学方面也有非常广泛的应用。
对于人体外部检测而言，刺激大脑电信号或者心脏律动的传统方法是将电极接合在导电凝胶之中，然后贴在体表。
这种方法有许多不足，比如，由于凝胶会逐渐干燥，失去黏性，所以不能进行长时间、连续的检测；与人体体表接合较差，易滑落；舒适度偏低，尤其对于低龄化患者使用较为困难；将电极接合的过程也相对烦琐费时。
而柔性器件可以解决这些问题。
柔软轻薄的柔性器件可以非常紧密地贴合在皮肤、心脏或者大脑上面，从而通过对电学或压力信号的检测获取更准确的身体信息。
并且人体佩戴的体感较好，不会有明显的不适。
人们甚至可以24小时佩戴这些薄如蝉翼的器件，随时监测人体的心跳、脉搏、血压、脑电波、心电图等各种身体指标。
长时间随时监测，对于心脑血管疾病的诊断、预防和及时治疗意义重大。
如果在器件中安装药物缓释材料，甚至可以有效地针对疾病进行治疗，比如糖尿病病人可以佩戴定期释放胰岛素的柔性材料。
对于植入人体的器件来说，柔性器件具有更大的优越性。
为了治疗一些严重的神经系统的疾病，如帕金森病、癫痫或者抑郁症，医生需要用外部电信号来刺激大脑神经元，使其恢复功能，也就是令人闻风丧胆的电疗。
另一种方法是将检测电路运送到大脑深处的目标细胞进行深脑刺激。
这些传统方法使用的是金属制成的电极，但坚硬的金属刺穿皮质会导致正常细胞受损或死亡，副作用非常大。
与此相比，柔性材料的优越性就体现出来了，柔软材料制成的电极在刺穿过程中会极大地减少对正常脑细胞的损伤。
柔性电极也可运用到瘫痪或者失去手臂的病人中，如果将柔性电极植入脑中读取信号就可以控制机械肢体。
由于柔性电极非常软，如何将电极运送到目标细胞成为科学家的研究重点。
目前有三种运输方法：第一种是把柔性器件用可溶解的胶，粘在一个坚硬的物体表面将其运送到目标细胞（比如注射用的针头），待胶完全溶解后取出坚硬的物体即可。
第二种是把极软的柔性电路放进注射器中，像打针那样将柔性电路注射到目标细胞，针管还可以同时传输液态药物或者细胞，使其共同作用。
柔性电子技术的最新发展与前景展望
柔性电子技术的最新发展与前景展望柔性电子技术是一门新兴的技术，通过在柔性基底上制造电子元器件和电子系统，使之能够在弯曲、拉伸和弯折等变形情况下工作。
这种技术具有很大的前景和潜力，正在不断地发展和完善。
本文将就柔性电子技术的最新发展和前景进行探讨。
首先，柔性电子技术在各个领域都有广泛的应用。
目前，柔性电子技术已经应用到智能手机、可穿戴设备、电子皮肤、可卷曲显示器等领域。
未来，柔性电子技术还有望应用到医疗设备、运动健康监测器材、环境感知器等领域。
随着人们对智能化和便携性要求的增加，柔性电子技术将有更大的市场需求。
其次，柔性电子技术的最新发展使其具备了更强的适应能力和稳定性。
随着材料科学、纳米技术和制备工艺的进步，柔性电子技术的性能得到了显著的提高。
例如，柔性电子屏幕的分辨率和色彩还原度有了明显的提高，柔性电子传感器的灵敏度和准确性也得到了提升。
同时，柔性电子技术在材料选择、制备工艺和封装技术等方面也有了突破，使得柔性电子器件具备了更强的抗干扰和稳定性。
第三，柔性电子技术的前景非常广阔。
随着人们对便携性和舒适性的要求不断增加，柔性电子技术将在可穿戴设备、智能家居、智慧城市等领域得到更广泛的应用。
与传统的刚性电子设备相比，柔性电子设备更加轻薄、柔软，能够更好地适应不同的使用场景和人体曲线，给用户带来更好的使用体验。
同时，柔性电子技术还可以实现电子设备的定制化生产，满足不同用户的个性化需求，具备很大的市场潜力。
此外，柔性电子技术还有望与其他领域的技术相结合，形成全新的应用模式。
例如，柔性电子技术与人工智能、云计算、大数据等技术结合，可以实现物联网的智能化应用，提升生活和工作的便利性。
柔性电子技术还可以与生物医学技术相结合，开发出更舒适、便携的医疗设备，促进医疗健康产业的发展。
柔性电子技术还可以与可再生能源技术结合，开发出柔性太阳能、柔性储能等产品，推动清洁能源的利用和普及。
然而，柔性电子技术在发展过程中还面临一些挑战。
2024年柔性版材市场需求分析
2024年柔性版材市场需求分析引言柔性版材是一种具有高柔韧性和可弯曲性的材料，在众多产品中有广泛的应用，如电子产品、消费品、汽车行业等。
本文将对柔性版材市场需求进行分析，包括市场规模、增长趋势、应用领域等方面。
市场规模分析根据最新市场研究报告，柔性版材市场在过去几年一直呈现快速增长的趋势。
据预测，市场规模将在未来几年内进一步扩大。
这主要得益于柔性版材在电子产品及其他领域中的广泛应用。
柔性版材的市场规模主要受到以下因素的影响：1.电子产品需求增长：随着智能手机、平板电脑、可穿戴设备等电子产品的普及，对柔性版材的需求也随之增加。
柔性版材可以满足这些产品对轻、薄、柔性的需求。
2.汽车行业需求增长：汽车制造商越来越注重车内舒适性和安全性，因此对柔性材料的需求也在增加。
柔性版材在汽车内饰、座椅和其他部件中的应用越来越广泛。
3.医疗设备市场增长：柔性版材在医疗设备领域中的应用也在不断增加。
例如，柔性电极贴片在心脏监测和电刺激方面有着重要的应用。
综上所述，柔性版材市场规模将在未来持续增长，预计年复合增长率将保持在一个较高的水平。
增长趋势分析柔性版材市场的增长趋势主要受以下因素影响：1.技术创新：随着科技的不断进步，新的材料和制造技术的出现将推动柔性版材市场的发展。
例如，柔性电子技术的发展使得更多的产品可以采用柔性版材。
2.环保意识的提高：消费者对环保产品的需求越来越高，这也推动了柔性版材的需求增长。
柔性版材通常更轻，更节能，更易于回收利用，对环境的影响更小。
3.产业链完善：柔性版材的供应链和产业链正在不断完善，使得生产和销售更加高效。
这促进了柔性版材市场的发展。
综合来看，柔性版材市场的增长趋势将会持续，但需要关注技术创新和环保要求等因素对市场带来的变化。
应用领域分析柔性版材的应用领域非常广泛，包括但不限于以下几个方面：1.电子产品：智能手机、平板电脑、电子书等电子产品中的屏幕保护、柔性电路板等部件都需要使用柔性版材。
柔性电极的发展历程
柔性电极的发展历程柔性电极是一种具有高度柔性和可曲性的电极，能够适应复杂的曲面或弯曲的表面。
柔性电极由于其独特的性能和应用潜力，近年来在许多领域得到了广泛的研究和开发。
下面将介绍柔性电极的发展历程。
早期的电极主要是刚性的，无法适应复杂的表面形状。
然而，随着对可穿戴设备、可曲式电子产品等灵活性要求的增加，对柔性电极的需求也越来越大。
在20世纪80年代末和90年代初，人们开始尝试使用聚合物薄膜作为柔性电极材料，以取代刚性的金属电极。
这种聚合物薄膜电极具有高度柔性和可拉伸性，能够适应曲面和弯曲的形状。
然而，由于其导电性能较差，限制了其在柔性电子器件中的应用。
随着纳米技术的快速发展，石墨烯、碳纳米管等纳米材料的出现，为柔性电极的研究提供了新的方向。
石墨烯作为一种具有优异导电性能的二维材料，被广泛用于柔性电极的制备。
石墨烯柔性电极不仅具有良好的电导率，还具有较高的可拉伸性和柔软性，能够适应各种复杂形状的表面。
除了石墨烯，碳纳米管也被用于制备柔性电极。
碳纳米管具有优良的导电性能和高度柔性，可以制备成导电膜或纺织品形式的柔性电极。
碳纳米管柔性电极不仅能够适应各种曲面形状，还具有较好的稳定性和耐久性。
除了纳米材料，金属网格也被广泛应用于柔性电极的制备。
金属网格电极通过将导电金属薄膜切割成网格形状，既保持了良好的导电性能，又具有较高的柔软性和可拉伸性。
金属网格电极不仅具有较高的透光性，还具有良好的稳定性和耐久性，可以应用于柔性显示器、柔性太阳能电池等领域。
近年来，随着纳米技术和可打印电子技术的发展，柔性电极的制备和应用得到了进一步提升。
通过纳米材料和可打印技术的结合，可以实现高性能、低成本的柔性电极的大规模制备。
同时，柔性电极与其他柔性材料的结合也为其他新型柔性电子器件的研究和开发提供了更多的可能性。
总结来说，柔性电极的发展经历了从刚性电极到聚合物薄膜电极，再到石墨烯、碳纳米管和金属网格等纳米材料的应用。
随着纳米技术和可打印电子技术的进步，柔性电极的制备和应用潜力不断被挖掘和拓展，将会在可穿戴设备、柔性显示器、医疗监测等领域发挥重要的作用。
柔性电极的制备与在医学领域的应用
柔性电极的制备与在医学领域的应用随着科技的发展和生物学领域的进展，人们对于医学领域的研究越来越深入。
医学领域的研究需要有高度精密的科技设备和咨询服务。
而电子设备在医学领域发挥着越来越重要的作用，其拥有了更为精准的定位技术，精度可以到达微米级别，因此可用于许多医学应用领域，其中柔性电极即为其一。
柔性电极可以适应生物体的异型和异向性，并能够将人工材料与组织紧密结合，在医学领域的研究、治疗、监测等方面拥有广泛的应用前景。
因此柔性电极的制备技术成为了研究者重点关注的领域，同时也对其在医学中的应用提出了更高的要求。
一、柔性电极的制备目前柔性电极的制备方法主要是两种：活性金属化学气相沉积（CVD）和微纳米加工技术。
但根据制备材料的不同，这些方法也存在着一定的差异。
首先是活性金属CVD法，它的制备原理是通过热反应使活性金属被分解，从而获得金属气体和芳香化合物。
芳香化合物会参与反应并沉积在腔体表面上，形成导电膜。
接着通过后续处理获得各种活性金属的导电膜，从而制备出柔性电极。
这种方法具有高效稳定等特点。
其次是微纳米加工技术，这种制备方法主要是通过半导体加工技术进行加工制备。
先通过微纳米晶圆制备出具有高度电子扩散性和微小长度尺度的微电极，并通过各种化学处理将锂离子进行掺杂，使其具有优异的电化学特性，将其应用于生物体内进行电信号检测。
虽然其步骤较复杂，但为上述方法之外一种可行的制备途径。
二、柔性电极的应用在医学领域，柔性电极可以用于人体电信号监测，例如脑电图、心电图以及肌电图等。
通过柔性电极的高度精准的电信号检测技术，可以较为准确地捕捉到人体内部电信号的变化，同时能够在充分保护组织的情况下进行电信号的采集，减少对生物体造成的伤害。
除了作为人体信号检测设备之外，其还适用于诸如心脏起搏器等医学器械的制作，通过其柔性的设计，可以免去机械器械的使用，将电信号输出到心肌区域。
另外，柔性电极在神经科学领域中也有其独到的应用。
通过柔性电极在特定的神经元上实时监测电信号变化，可以揭示不同神经元的交互方式，对神经科学领域的研究起到了积极的促进作用。
柔性电子技术在生命医学中的应用
柔性电子技术在生命医学中的应用一、引言随着社会的快速发展，人们对于健康和生命的重视程度也越来越高。
在这个背景下，科技的进步为人类带来了诸多便利和改变，其中柔性电子技术就成为了医学领域的一个焦点。
相比传统的硬性电子技术，柔性电子技术在生命医学方面存在着更多的优势，因此越来越多的应用也在涌现出来。
本文将重点探讨柔性电子技术在生命医学中的应用。
二、柔性电子技术对医学的意义柔性电子技术是指将电子器件集成在柔性基底上，从而实现柔性、可弯曲、可扩展、轻薄的电子器件。
相比传统的硬性电子元件，柔性电子元件可以更加贴合人体的形状和运动，从而在医学方面具有更为广泛的应用前景。
1. 可以实现软性植入物的生产传统的植入物大多是硬性的，固有的缺陷就在于它不能完全适应人体的自然形态。
柔性电子技术的出现解决了这个问题。
因为它能够制造出软性植入物，这些植入物可以完全适应人体的生理结构，减少异物的刺激和排异，并且不会对人体组织产生损伤。
特别是对于一些特殊的器官，比如心脏，引入柔性植入物更能有效地去支撑这些器官，降低心脏的负担，减轻并发症的发生率，从而改善患者的健康状况。
2. 可以监测人体的重要数据柔性电子技术还可以在医学领域方面实现对人体各个方面的实时监测。
它可以通过配备传感器，通过海量的数据对人体各项重要功能进行监测，比如心率、血氧饱和度、体温、呼吸等。
在疾病的预防和治疗中起到十分重要的作用。
监测到的数据可以通过云平台上传到后端大数据分析系统，结合医生对病患的临床判断，通过机器学习的方法精确地模拟患者体内疾病种类和病情的变化，为医生的诊治进程提供更加科学和准确的辅助。
3. 可以实现无创分析技术柔性电子技术为医学领域的无创分析技术提供了绝佳的解决方案。
由于其轻薄柔软的特点，它能够贴合人体的各种形态，而采集人体的信号数据，从而实现无创数据的获取。
例如目前的脑电波传感器，采用的是柔性电子技术，可以在不刺破皮肤的情况下收集大量的脑电相关的数据，从而为脑科医生的诊治和疾病研究提供了更全面的信息。
柔性电极材料的发展前景
柔性电极材料的发展前景随着科技的不断发展，柔性电子技术已经成为了一个备受关注的领域，其中柔性电极材料作为柔性电子产品的关键部分，也得到了越来越多的研究和应用。
柔性电极材料是指具有高柔性和导电性的材料，能够与柔性基底完美结合，实现电子设备的柔性化。
目前，柔性电极材料的发展前景十分广阔，下面我们来探讨一下。
首先，柔性电极材料具有优良的柔性和导电性能，可以实现电子产品的柔性化设计和制造。
传统的硬性电子产品往往在外形上受到限制，而柔性电极材料的出现让电子产品可以更加贴近人体曲线，可以制造出更加符合人体工程学的电子设备，提高了用户的舒适度和便携性。
柔性电极材料的柔性和导电性还可以实现电子产品的抗弯曲、抗拉伸等功能，使得电子设备更加耐用。
其次，柔性电极材料的发展还将推动电子设备的功能拓展和智能化。
柔性电极材料可以实现电子产品的多功能化设计，比如可以将传感器、显示屏等功能整合到同一个电子设备中，实现电子产品的功能集成化，提高了电子产品的智能化水平。
同时，柔性电极材料的发展也可以推动可穿戴设备、可折叠设备等新型电子产品的推出，为用户提供更加便捷、智能的电子产品体验另外，柔性电极材料的应用还将推动医疗、健康、环保等领域的发展。
比如柔性电极材料可以用于制造柔性医疗设备，可以更好地贴合人体表面，实现更好的监测和治疗效果。
此外，柔性电极材料还可以应用于环境监测、新能源等领域，推动这些领域的技术创新和发展，为社会发展做出更大的贡献。
综上所述，柔性电极材料的发展前景十分广阔，不仅可以推动电子产品的柔性化设计和智能化发展，还可以推动医疗、健康、环保等领域的发展。
随着科技的不断进步和应用需求的不断增长，相信柔性电极材料将会在未来发挥越来越重要的作用，为人类社会带来更多的便利和进步。
柔性电极的发展趋势
柔性电极的发展趋势柔性电极是一种新型的电子材料，具有柔软、可弯曲、可拉伸等特点，可以用于制造柔性电子设备和可穿戴设备。
随着科技的不断发展，柔性电极也在不断地改进和创新。
下面将从材料、制备工艺和应用等方面，详细介绍柔性电极的发展趋势。
1. 材料方面：目前常用的柔性电极材料主要有金属纳米线、碳纳米管、导电聚合物等。
未来的发展趋势是寻找更好的材料替代品。
一方面，如金属纳米线虽然有良好的导电性能和柔性，但存在高成本、易氧化等问题，需要寻找更便宜、更稳定的替代材料；另一方面，如果能找到具备导电性和光透过性的材料，将会大大拓展柔性电极的应用领域。
2. 制备工艺方面：目前柔性电极的制备工艺主要采用的是微纳加工、印刷等技术。
未来的发展趋势是在制备工艺上寻求更高效、更经济的方法。
例如，传统的微纳加工技术费用昂贵、生产周期长，不适用于大规模生产。
因此，需要研发出更高效、高精度的制备工艺，以满足大规模生产的需求。
3. 应用方面：柔性电极的应用范围非常广泛，包括电子设备、传感器、医疗器械等。
未来的发展趋势是朝着更高性能的方向发展。
例如，将柔性电极应用于柔性显示器、可穿戴设备等领域，需要具备更高的分辨率、更快的响应速度和更好的可靠性。
另外，柔性电极还可以用于生物医学领域，如心脏监测、脑电图等，需要具备更高的灵敏度和可靠性。
4. 功能方面：柔性电极不仅需要具备传统电极的导电性能，还需要具备其他功能。
未来的发展趋势是将柔性电极与其他材料结合，增加其功能。
例如，将柔性电极与具有保存能量和释放能量功能的材料结合，可以制造出具有自愈合能力的柔性电极。
另外，还可以将柔性电极与传感器结合，实现多种数据的实时收集和分析。
综上所述，柔性电极的发展趋势主要包括材料的改进、制备工艺的优化、应用范围的拓展以及功能的提升。
随着科技的不断进步，相信柔性电极将在未来得到更广泛的应用，并为我们的生活带来更多的便利和创新。
柔性电极材料
柔性电极材料
柔性电极材料是一种具有较好机械柔性和导电性能的材料，可以应用于柔性电子器件、可穿戴设备、人机交互等领域。
目前，常用的柔性电极材料主要包括碳材料、金属纳米线和导电聚合物等。
碳材料是一种常见的柔性电极材料，常见的有石墨烯、碳纳米管和碳纤维等。
石墨烯具有高导电性和独特的二维结构，可以实现高灵敏度和高稳定性的电子器件。
碳纳米管具有高导电性和良好的柔性，可以在弯曲状态下保持导电性能。
碳纤维具有优良的柔性和导电性能，可以用于制备柔性传感器和电子器件等。
金属纳米线是一种具有优良导电性能和柔性的材料，常见的有银纳米线和铜纳米线。
金属纳米线具有高比表面积和高导电率，可以在大范围的应变下保持良好的导电性能。
此外，金属纳米线可以通过控制形貌和密度来调节柔性和传导性能，从而适应不同场景的需求。
导电聚合物是一种以含有导电性基团的高分子为主要成分的材料，常见的有聚苯胺和聚噻吩等。
导电聚合物具有良好的柔性和导电性能，可以通过多种方法来调节电导率，如掺杂和合成共聚物。
导电聚合物可以在弯曲状态下保持较好的导电性能，并且具有较好的可溶性和可加工性，适应各种形状和尺寸的需求。
总的来说，柔性电极材料具有较好的机械柔性和导电性能，可
以在弯曲状态下保持良好的导电性能。
不同的材料具有不同的特点和应用领域，可以根据具体需求选择适合的柔性电极材料。
随着科技的发展和材料研究的深入，未来柔性电极材料有望在更多领域实现广泛应用。
柔性电池发展前景
柔性电池发展前景柔性电池是一种能够在弯曲、扭曲、拉伸的条件下仍能正常工作的电池。
随着可穿戴设备、智能手机、电子皮肤等柔性电子产品的快速发展，对柔性电池的需求也越来越大。
因此，柔性电池的发展前景非常广阔。
首先，柔性电池具有更广泛的应用领域。
由于柔性电池可以根据需求的形状弯曲或者拉伸，因此可以灵活地应用于各种不规则形状的设备中。
比如，柔性电池可以被用于医疗设备、无人机以及可穿戴设备等。
这些产品的快速发展将给柔性电池的市场带来巨大的增长空间。
其次，柔性电池具有更长的使用寿命。
传统的锂离子电池由于内部的材料刚度有限，往往受到弯曲和挤压等力的作用而损坏。
而柔性电池利用了柔性材料作为电极和隔膜的载体，可以有效地抵御这些力的作用，从而延长电池的使用寿命。
对于一些需要长时间使用的电子设备，柔性电池能够为其提供更加稳定和可靠的电源。
再次，柔性电池可以实现高功率输出。
传统的锂离子电池由于内部材料的刚度限制，往往无法满足高功率输出的需求。
而柔性电池由于利用了柔性材料，使得电池内部电子和离子的传输更为快速和高效，因此可以实现更高的功率输出。
这对于一些对高能源密度要求较高的设备，比如无人机、电动汽车等来说，是非常关键的。
最后，柔性电池具有更高的安全性。
传统的锂离子电池由于内部结构的刚性和脆性，一旦遭受外部冲击，可能会导致短路、火灾等安全问题。
而柔性电池由于采用了柔性的材料，一旦受到外部冲击，往往不会出现这样的安全隐患。
因此，柔性电池更加安全可靠，能够避免一些由于传统电池导致的安全事故。
总的来说，柔性电池具有更广泛的应用领域、更长的使用寿命、更高的功率输出以及更高的安全性，这些都使得柔性电池的发展前景非常广阔。
随着科技的不断进步和柔性电子产品市场的快速扩大，相信柔性电池的研发和应用将会得到更多的关注和投入，进一步推动柔性电池的发展。
柔性电极材料的国内外研究进展
文章编号:1001-9731(2021)02-02039-11柔性电极材料的国内外研究进展*武畏志鹏,邹华,宁南英,田明(北京化工大学材料科学与工程学院,北京100029)摘要:近年来,随着柔性可穿戴设备㊁触觉反馈设备㊁能量收集器等领域的快速发展,介电弹性体(D E)及超级电容器(S C)因能够提共高能量㊁高储能效率以及可小型化而备受关注,有着非常广泛的应用㊂由于柔性电极的性能直接影响D E的发电和驱动效率以及S C的储能效率,因而其是D E和S C的重要组成部分㊂基于柔性电极材料的不同类型,本文首先对碳电极㊁金属电极㊁复合型电极等几种典型的电极材料及其性能进行了详细介绍㊂然后,对电极的制备方法进行了阐述㊂接着,总结了由柔性电极材料组装的D E和S C在各领域的应用,并对电极材料所面临的问题及挑战进行了分析㊂最后,对柔性电极材料的发展趋势进行了展望㊂关键词:介电弹性体;超级电容器;碳电极;金属电极;复合电极中图分类号: T B34;T B333;T B324文献标识码:A D O I:10.3969/j.i s s n.1001-9731.2021.02.0060引言电极材料属于一种导体材料,用作固体㊁气体或电解质溶液等导电介质中输入或输出电流的两个端㊂柔性电极一般用在介电弹性体或超级电容器中,所以它们必须在保持导电性的同时具备轻薄㊁大形变㊁高可拉伸性的特点,能够进行数百万次的循环㊂在介电弹性体及超级电容器中,由于电极材料是与橡胶或电解质配合使用,需要通过形变输出或储存电能㊂因而,为了提高能量的输出,电极材料必须足够柔顺,降低对电介质刚度的影响㊂另外,与普通电极不同的是,柔性电极能够在电介质基体上形成精确的图案,使电荷可以在规定的位置工作,从而允许在单个膜上具有多个电极和明确定义的独立有源区域的复杂结构㊂P e l r i n e 等[1]人说过: 理想电极具有高导电性,完全柔顺且可图案化,并且相对于基体厚度可以更薄㊂ 基于柔性电极材料的不同类型,我们将其分为碳电极㊁金属电极㊁复合型电极三类㊂1碳电极1.1炭黑电极导电炭黑是一种有着较低电导率的半导体材料,将其分散到特殊制品中,可使制品起到导电或防静电的作用㊂其特点为粒径小,比表面积大且粗糙,结构度高,表面洁净(化合物少)等㊂采用刷涂或喷涂的方式将炭黑粉末通过物理作用黏附在D E基体上是早期介电弹性体致动器(D E A)用柔性电极的主要材料㊂由于炭黑粒子间没有强的相互作用力,所以导电炭黑的主要优点是其对D E基体的刚度不产生影响㊂但是炭黑电极也有以下两个缺点影响其导电性:一是由于炭黑粒子间相互作用弱,所以在大应变下电极会产生断裂带,切断了电荷传输路径;二是在反复拉伸-回复过程中,炭黑粉末会产生脱落㊂P e l r i n e等[1]人通过喷涂的方式将溶解于有机溶剂中的碳粉喷洒在预应变为32%的D E基体上㊂待溶液挥发后,碳粉附着在D E基体上,制成介电弹性体致动器(D E A)㊂研究表明,在300V电压下D E A的形变量达到20%㊂张治安等[2]人利用油压机,将高比表面积㊁高导电性的工业炭黑固定到集流体上,制成电极片㊂研究结果表明使用纯炭黑作为柔性电极材料的比容量大约为60~70F/g,相对较低㊂1.2碳纳米管电极碳纳米管是一种具有高机械强度㊁良好导电性的一维纳米材料,可应用于高强度复合材料㊁信息存储㊁纳米电子器件等㊂由于碳纳米管有着大长径比㊁高比表面积以及良好的导电性等特点,使得其作为柔性电极材料在D E G和D E A上有着广泛的应用㊂张东智等[3]人将C N T用静电自组装的方法粘附在D E基体上,制备出了28μm后的D E G㊂与手套结合,制成了手套式发电机,如图1所示㊂研究表明,当手指弯曲90ʎC,此时为可输出的最大电压,大约为3.7V,如图2所示㊂接着该团队又制备出鞋垫式发电机,通过足部运动使介电弹性体产生压缩-回复的变化㊂研究表明, D E的相对介电常数为12,可输出的最大电压为1V,最大电容为1.37n F㊂93020武畏志鹏等:柔性电极材料的国内外研究进展*收到初稿日期:2020-08-18收到修改稿日期:2020-09-30通讯作者:邹华,E-m a i l:1252528362@q q.c o m 作者简介:武畏志鹏(1995 ),男,山东济南人,硕士,师承邹华副教授,从事导电纳米复合材料研究㊂图1 手指弯曲度检测示意图F i g 1I l l u s t r a t i o no f f i n g e r -b e n d i n g te st 图2 不同弯曲角度下E A P 薄膜的输出电压-时间曲线F i g 2C u r v e so fo u t p u tv o l t a ge -t i m ef o rE A Pf i l -m u n d e r d i f f e r e n t b e n d i ng a n gl e s 近年来研究人员对C N T 不断的深入研究,使得其也迅速成为超级电容器领域的研究热点㊂D u 等[4]以镍片做衬底,使用C N T 分散液将C N T 均匀分散,制备出了排列整齐的C N T 电极㊂研究表明,其质量比容量为20F /g ,功率密度为30k W /k g㊂Z h a o 等[5]采用喷涂的方法将多壁碳纳米(MW C N T )管固定到钢网上,如图3所示,制备出了质量比容量为155F /g 的碳纳米管电极㊂经过100次弯折循环后,MW C N T 没有脱落,表现出优异的循环稳定性㊂图3 通过静电相互作用保持的P E I /C N T 膜排列示意图F i g 3S c h e m a t i co f t h eP E I /C N Tf i l m a r r a n ge m e n t h e l db y el e c t r o s t a t i c i n t e r a c t i o n 1.3 石墨烯电极石墨烯具有导电导热性好㊁比表面积大㊁循环寿命长,机械强度高等特点,并且在水性电解质中有着优异的耐腐蚀性,使得其在柔性电极方面运用广泛㊂C h e n 等[6]人采用真空抽滤的方法制备了超薄透明的石墨烯薄膜(厚度为25~100n m ),测试结果表明,薄膜的电导率在800~1000s /m ㊂将其应用到超级电容器时,25n m 的薄膜比电容为135F /g,功率密度为7.2k W /k g,透光率70%㊂随着厚度的增加,性能降低㊂H o l l o w a y 等[7]人使用射频等离子体增强化学气相沉积工艺在加热的镍基板上直接生长了垂直取向的石墨烯纳米片,如图4所示㊂测试结果表明,其比表面积约为1100m 2/g ,120H z 下比电容为175F /c m 2㊂W a n g等[8]采用氧化还原法得到了单层石墨烯,验证了单层石墨烯作为电极材料的优势㊂研究表明,在电解质水溶液中以28.5W h /k g 的能量密度获得的最大比电容为205F /g ,功率密度为10k W /k g ㊂并且经过1200次循环测试后保留了约90%的比电容,显示出优异的循环稳定性㊂图4 不同生长时间下垂直取向石墨烯纳米片的S E M照片F i g 4S E M i m a g e s o f v e r t i c a l l y a l i g n e d g r a ph e n e n a n o s h e e t s u n d e r d i f f e r e n t g r o w t h t i m e s1.4 碳纤维电极由于碳纤维有着极高的纵横比,使得其有着良好的电子传输路径,导电性优异㊂并且碳纤维还有着高度可修饰的纳米结构㊁良好的循环使用寿命等特点㊂近年来,以碳纤维作为柔性电极也成为了超级电容器领域的研究热点㊂Z HO U 等[9]通过对碳纤维进行酸氧化处理,制备出了多孔核-壳碳纤维㊂研究表明,0.5A /g 电流密度下,比电容为98F /g ㊂在1A /g 的电流密度下进行3000次充放电循环后,电容保持率约为96%㊂表现出出色的电化学性能和机械性能以及良好的循环稳定性㊂L i u 等[10]用生物型棉纤维制备出碳纤维,通过一定程度的煅烧来塑造多孔微管结构,作为电极材料㊂研究表明,其比表面积约为584.49m 2/g ㊂在0.3A /g 的电路密度下,比容量约为221.72F /g ,经过两次6000次循环后,电容的损失率仅有4.6%㊂2 金属电极虽然金属材料作为电极有着优良的导电性,但其也有两个非常明显的缺点:一是金属的杨氏非常高,通常高于介电弹性体几个数量级,会增加基体的刚度㊂40202021年第2期(52)卷R o s s e t 等[11]人通过研究表明,在30.6μm 的硅橡胶上溅射8n m 的金层,使得基体的模量由最初的0.77M P a 增加到了4.2M P a ,增长率达到440%㊂二是金属的弹性极限在2%~3%,若超过该极限金属将会破裂,阻碍电子的传输路径,影响导电性㊂为提高金属的柔韧性,许多研究人员进行了广泛的探索㊂目前常用的方法主要有三种:(1)改变金属电极的形貌来提高柔韧性,如褶皱电极㊁波纹电极等;(2)将金属做到纳米级尺度;(3)使用液态金属㊂L a c o u r 等[12]人将A u 沉积到因加热而膨胀的硅橡胶基体上㊂然后将硅橡胶冷却至室温,使其恢复原状,这时硅橡胶表面产生褶皱金属,如图5(a)所示㊂研究表明,在23%的应变下A u 仍具有导电性,此时已远远超过了A u 的屈服应变㊂接着该团队在10%~20%预拉伸的硅橡胶基体上沉积厚度为25n m 的A u 电极,撤去外力后基体恢复原状产生褶皱金属㊂研究表明,A u 电极最大可拉伸至28%仍保持导电性,如图5(b )所示㊂B e n s l i m a n e 等[13]人将橡胶放在具有正弦波纹轮廓的模具上硫化,制备具有波纹形状的弹性体,并在其上沉积A g ㊂研究表明,A g 电极最大可拉伸至33%仍保持导电性㊂图5 (a )15%预拉伸释放后的金表面波的三维轮廓;(b )机械循环过程中的电阻介于0%和15%之间F i g 5T h r e e -d i m e n s i o n a l pr o f i l e o f aA us u r f a c ew a v ea f t e r r e l e a s e f r o m15%p r e s t r e t c ha n de l e c t r i c a l r e -s i s t a n c e d u r i n g m e c h a n i c a l c y c l i n g be t w e e n0%a n d15%s t r a i n 纳米材料与传统材料不同的是,纳米材料通常具有表面与界面效应㊁小尺寸效应㊁量子尺寸效应㊁宏观量子隧道效应等特性,因而纳米材料具有独特的光学㊁电学㊁磁学㊁热学㊁力学等方面的性质㊂正因为如此,纳米金属材料与宏观金属材料相比具有更优异的综合性能,可弥补宏观材料的一些不足㊂C h e n 等[14]人通过使用具有适当离子强度的电解质溶液处理银纳米线(A gNW ),如图6所示,可以解吸其表面的绝缘活性剂层(聚乙烯吡咯烷酮,P V P )㊂研究表明,制备的A g-NW 膜电导率显著提高,电阻仅为26.4Ω/s q,透光率为92.5%,并且使A gNW 网络更加致密㊂弯曲循环4000次后,电导率几乎无变化,显示出良好的循环稳定性㊂L e e 等[15]人通过对大长径比(长度>100μm )的A gNW s 进行固溶处理,随后通过低温纳米焊接形成渗流网络,开发出具有高度可拉伸性的金属电极㊂研究表明,其方阻仅为9Ω/s q,最大可拉伸至460%㊂C u 的导电性与A g 相差不多,而价格仅为A g 的1%,而且储量巨大㊂所以铜纳米线(C u NW s)因为其极高的性价比而受到广泛的关注㊂Z e n g 等[16]人在低温(60ħ)下,通过水还原途径制备出了直径为90~120n m ㊁图6 (a )不同电解质溶液处理后A g NW 薄膜的薄层电阻的相对变化;(b )电解质溶液处理后的A gNW 网络的S E M 图像F i g 6R e l a t i v e c h a n g e s i n t h e s h e e t r e s i s t a n c e o fA g NWf i l m s a f t e r t r e a t m e n tw i t hd i f f e r e n t e l e c t r o l yt e s o l u t i o n s a n dS E Mi m a g e o fA g NW n e t w o r k s a f t e r e l e c t r o l yt e s o l u t i o n t r e a t m e n t 14020武畏志鹏等:柔性电极材料的国内外研究进展长度为40~50μm的大长径比C u NW s㊂W i l e y等[17]人改进了制备方法,换用聚乙烯吡咯烷酮(P V P)加入到混合液中,以防止C u NW的聚集,并且降低反应温度,在冰水浴中生长C u NW,得到了直径<60n m㊁长度>20μm的具有更大长径比的高透光率的C u NW,然后将其涂覆到聚合物基材上㊂研究表明,C u NW薄膜具有优良的导电性,电阻为30Ω/s q,透光率为85%㊂经过1000次弯折循环后,薄膜电导率无明显变化㊂液态金属一般采用低温熔炼制备工艺,将不同的金属材料(多以镓㊁铟类合金为基础材料)按照一定的配比,通过温度控制使其充分融合而形成,是一种不定型㊁可流动的特殊金属材料㊂因而其在拥有高导电性的同时还有这极高的柔韧性(杨氏模量几乎为0)㊂但是由于其具有流动性,若不加以复合或封装则无法使用㊂3复合电极不管是碳电极还是金属电极,在他们单独使用时总会有许多不尽人意之处,使得它们的性能无法发挥到极致㊂所以目前对于柔性电极的研究多集中于碳-碳㊁碳-金属㊁碳(金属)-聚合物等复合材料上,以弥补各自性能上的不足㊂以下我们将把复合型电极分为本征型电极和填充型电极两类㊂3.1本征型电极我们将本征型复合电极定义为主要由两种或两种以上的具有导电能力的材料构成的电极㊂如碳材料(碳纳米管㊁碳纤维㊁石墨烯)㊁纳米金属材料和导电聚合物(聚吡咯㊁聚苯胺)等本身就有着非常高的柔韧性,将其选择性的进行复合,以期望获得性能上的提升㊂具有优良导电性㊁大比表面积㊁高机械强度以及自支撑特性的石墨烯及其复合材料被认为是超级电容器的理想电极材料㊂冯先强等[18]人将碳纤维(C F)㊁沥青(M P)㊁石墨烯(G)3种材料通过真空抽滤法制备了具有三维网络结构的自支撑G-C F-M P复合薄膜㊂研究表明,沥青在其中增强了碳纤维与石墨烯的粘结强度,使得网络结构更加稳定㊂3种材料协同作用,提高了薄膜的导电性,方阻仅为0.229Ω/s q㊂聚苯胺(P A N I)具有简单易得㊁电容值高㊁化学稳定性强等特点,在超级电容器的电极材料中有着非常广泛应用㊂尚嘉茵等[19]利用原位聚合㊁层-层自组装的方法将MW C N T㊁G Q D㊁P A N I负载至碳布表面,制备出了MWN T/ G Q D/P A N I/碳布柔性电极材料,如图7所示㊂研究表明,MW C N T/G Q D提高了P A N I在碳布上的负载量,且分布更加均匀㊂电极材料的比电容为361.5m F/c m2,经过1000次循环后,电容损失率为15%㊂图7 MWN T/G Q D/P A N I/碳布柔性织物电极制备示意图F i g7S c h e m a t i c d i a g r a m o f p r e p a r a t i o n o fMWN T/G Q D/P A N I/c a r b o n c l o t h f l e x i-b l e f a b r ic e l e c t r od e二氧化锰作是一种电化学活性和比电容高的过渡金属氧化物,但是其导电性较差㊂张燕等[20]人以柔性C N T薄膜为基底,通过水热法将M n O2覆盖在C N T 薄膜上,制备出C N T/M n O2复合电极材料,如图8所示㊂研究表明,M n O2呈现泡沫状,使得薄膜具有较大的比表面积,提高了薄膜电极的比电容,达到了297F/ g㊂经过500次充放电循环后,电容损失率仅为6%,显示出良好的循环稳定性,如图9所示㊂张亚妮等[21]人发明了一种专利㊂将过渡金属(TM)层溅射到碳纤维(C F)表面,采用原位生长法将C N T覆盖在其表面㊂制备出C F/T M/C N T柔性复合电极材料㊂结果表明,电极材料柔韧性高㊁寿命长,电导率高达104S/c m ㊂图8碳纳米管膜/M n O2电极材料的透射电镜图F i g8T E Mi m a g e s o fC N T F/M n O2图9碳纳米管膜和碳纳米管膜/M n O2电极材料的循环稳定性曲线F i g9C y c l i n g s t a b i l i t y o fC N T Fa n dC N T F/M n O2纳米金属材料长时间暴露在空气中时极易被氧化,影响其电学性能㊂由于石墨烯能够对水和氧气进行有效的隔绝,以及自身优异的化学稳定性,当其覆盖在金属表面时,能够保护金属材料不被氧化㊂C h e n 等[22]人通过在金属上生长石墨烯,将石墨烯包裹在金240202021年第2期(52)卷属表面,然后在200ħ的环境中加热4小时㊂研究表明,与未覆盖石墨烯的金属相比,被包裹金属的氧化速率得到了有效的减缓,且对金属的物理㊁化学性质没有影响㊂李云飞等[23]进一步改进工艺,采用化学气相沉积法在C u纳米粒子表面原位生长石墨烯,制备出C u 纳米粒子-石墨烯复合结构㊂研究表明,C u纳米粒子与石墨烯间的相互作用非常强,且抑制了C u在空气中的氧化速度㊂L e e等[24]人通过真空抽滤法制备出了A g NW-S W C N T复合电极,如图10(a),将其黏附到V H B4910弹性体上,制成了D E A㊂研究表明,其应变高达146%,且相较于单独使用低初始电导率的A g-NW电极时,加入少量C N T后,电极电阻下降了3个数量级,如图10(b),击穿强度增加了183%㊂图10(a)掺入C N T后的A g NW的S E M图像;(b)四种不同的A g NW薄膜(S1-4)的薄层电阻(黑点掺入C N T之前,红点掺入C N T之后)F i g10S E Mi m a g eo fA g NW d o p e dw i t hC N Ta n ds h e e t r e s i s t a n c eo f f o u rd i f f e r e n tA g NWf i l m s(S1-4)(b l a c kd o t s b e f o r e d o p i n g C N T,r e dd o t s a f t e r d o p i n g C N T)3.2填充型电极填充型电极一般是将导电性物质分散到聚合物中,在保证导电性的同时,又具有极强的柔韧性,能承受较大的应变㊂碳脂电极是将炭黑分散到硅油(低分子量硅胶)等一些粘性基质中,在D E A电极材料中有着广泛应用㊂碳脂电极模量低,有着优异的伸缩性能,不会阻碍D E基体的形变㊂但是其也有以下几个缺点:一是油脂在重力作用下会产生蠕变,降低电极的使用寿命,特别对与垂直存放的设备;二是油脂类物质随着时间推移会逐渐干涸,柔韧性降低;三是像硅油等油脂类材料一般都是绝缘的有机物,会影响炭黑等导电填料的电导率㊂以炭黑为导电填料制成的导电橡胶是常用的电极材料㊂橡胶本身是绝缘性材料,若想使橡胶复合材料具有一定的导电性,那么炭黑的填充量必须高于逾渗阈值㊂黄英等[25]人分别用N330㊁E C P和C B3100三种炭黑填充硅橡胶制成了导电硅橡胶,探究其渗流现象㊂研究表明,当炭黑粒径越小㊁结构度越高㊁比表面积越大时,炭黑粒子在硅橡胶中的分散性就越好,逾渗阈值越小㊂孙宗学等[26]人将炭黑填充到通过点击化学反应接枝了3-巯基丙酸的甲基乙烯基硅橡胶(VMQ)中,制备出了导电硅橡胶复合电极材料,然后将其喷涂到V H B4910丙烯酸酯弹性体上㊂测试结果表明电极不仅与基体的粘结性显著提高,而且在较小的电场下就能产生大的形变㊂J i a n g等[27]人把用硅烷偶联剂K H550改性处理过的多壁碳纳米管(MW C N T)填充到硅橡胶中,制备出了导电硅橡胶复合电极材料㊂研究表明,与未经修饰的MW C N T相比,填料在硅橡胶中分散的更加均匀,电导率显著增强,这是因为经表面改性的MW C N T与硅橡胶的相互作用得到增强㊂张玉刚等[28]人将炭黑与碳纳米管并用,采用溶液共混法制备出了炭黑/C N T/硅橡胶复合电极材料㊂研究表明,相较于单独使用两种碳材料时,并用使得复合材料的导电网络更加稳定,这得益于近程网络和远程网络的协同互补作用,如图11所示,并且还可以减少导电填料的用量㊂图11炭黑和碳纳米管的协同效应F i g11S y n e r g i s t i ce f f e c to f c a r b o nb l a c ka n dc a r-b o nn a n o t u b e s以纳米金属为导电填料制成的导电橡胶也是常用的电极材料㊂L i u等[29]人采用喷涂法将A g NW溶液喷涂在四氟板上,200ħ下加热使A g NW间产生融合,然后将P D M S粘性液体覆盖在上面进行固化㊂完成后,A g NW嵌入在P D M S中,成功制备出可拉伸薄膜电极㊂研究表明,薄膜电阻为20Ω/s q,1000次拉伸,弯折循环后,电导率无明显变化㊂R o s s e t等[30]人34020武畏志鹏等:柔性电极材料的国内外研究进展通过在弹性体表面下方的几十纳米处以低能量植入金属纳米团簇,如图12所示,这些金属粒子可以相对于彼此移动,因此形成比普通金属薄膜更柔顺的电极,并且因为它们位于弹性体基体内部,提高了纳米金属粒子在弹性体中的附着力,稳定性大大增强㊂雷海军等[31]人探究了金属填料的性质对硅橡胶复合材料性能的影响㊂结果发现,金属填料相同时,导电性与用量和细度有关,用量越大,细度越小,硅橡胶导电性就越好㊂复合金属系导电填料不仅可以减少金属的用量以降低成本,还可以提高填料整体的导电性㊂邹华等[32]人将镀镍石墨填充到甲基乙烯基硅橡胶中,制备出复合电极材料㊂结果表明,其拉伸性和导电性均较好㊂张立群等[33]人将镀镍石墨和镀镍碳纤维并用填充到硅橡胶中㊂研究表明,与单一材料填充相比,并用后所需的填料总量降低,复合材料硬度降低㊂且随着镀镍碳纤维比例的增加,逾渗阈值降低,导电稳定性提高㊂图12 A u/P D M S纳米复合材料的T E M截面F i g12T E Mc r o s s s e c t i o n o fA u/P D M Sn a n o c o m p o s i t e液态金属在保持着高导电性的同时还有着接近于0的模量,柔韧性极高㊂F a s s l e r等[34]人将液态金属(镓铟锡合金,液滴2~30μm)填充到硅橡胶中,制备出了液态金属/硅橡胶复合材料,如图13所示㊂研究表明,复合材料柔韧性非常好,杨氏模量为0.9~ 1.27M P a,最大形变量可达133%㊂产生形变时,表面压力使得液滴相互接触形成导电网络,电导率达到了1.05ˑ104S/m㊂在无应力时,若想具有导电性,可与其他导电填料并用,在金属液滴间产生导通,形成导电网络㊂Z h u等[35]人将液态金属(共晶镓铟合金)注入到空心聚合物S E B S(三嵌段共聚物)纤维的芯中㊂研究表明,液态金属对纤维的机械性能无影响,电导率最大可达3ˑ104S/c m㊂随着纤维拉伸程度的增加,电导率降低,500%时电导率约为5S/c m,增加到700%时仍具有较好的导电性㊂L i a n g等[36]人将液态金属(镓铟锡合金)注入到P D M S海绵中,制备出液态金属海绵㊂结果表明,P D M S海绵不仅可以储存液态金属,还具有3D互连的多孔结构,形成电子传输通路,电导率最高可达1.62ˑ104S/c m,在经过大量的拉伸-回复循环后,电导损失率小于7%㊂,循环稳定性优异㊂图13 可拉伸的液态金属/P D M S薄片嵌入到P D M S薄层中F i g13S t r e t c h a b l e l i q u i dm e t a l/P D M S s h e e t e m b e d-d e d i nP D M S t h i n l a y e r4制备方法电极材料作为D E和S C中最关键的组成部分,如何将其覆盖到基体材料上,并且能够满足特殊的需求(如特定的形状㊁特定的位置等),是现阶段亟待解决的问题㊂目前常用的制备方法有喷涂/涂覆法㊁化学沉积法(化学气相沉积㊁液相沉积)㊁喷墨印刷法等㊂4.1喷涂/涂覆法喷涂/涂敷方法是近年来基于传统成型技术上衍生而来的新技术,喷涂/涂敷工艺因具有设备简单㊁工艺易控制㊁掺杂方便等特点而被广泛应用㊂S h i e h 等[37]人通过在P D M S基体表面涂覆由石墨烯和多壁碳纳米管组成的混合电极,得到具有高比电容和良好循环稳定性的复合电极㊂2000次循环后,电容保持率达到93%㊂J e o n g等[38]人通过喷涂技术将还原的氧化石墨烯(r G O)/单壁碳纳米管(S WN T s)复合材料涂覆到聚己内酯(P C L)基底上,以制备柔性超级电容器㊂结果表明,未弯曲时比电容为52.5F/g,经过500次弯曲循环后比电容降至37.5F/g㊂接着又进行了不同弯曲角度下分别进行1000次充放电循环,电容仅下降约1%㊂S c h l a a k等[39]人将石墨悬浮液喷涂在硅橡胶上,然后再使硅橡胶交联固化,如此反复交替进行,开发出了一种可制造高达100层的D E A的生产方法㊂4.2化学沉积法化学沉积法是通过氧化还原反应,将电极材料沉积在基体表面的一种化学反应过程㊂化学沉积法有气相沉积和液相沉积两种㊂J a y e s h等[40]采用化学气相沉积法在碳纤维(C F)上合成了螺旋状盘绕的碳纳米管(H C N T),制备出C F/H C N T复合电极㊂结果表明,电极的最大比电容为125.7F/g,经过不同弯曲角440202021年第2期(52)卷度下的充放电循环以及15000次的弯折循环后,比电容几乎没有损失㊂J i a n g 等[41]基于化学气相沉积法将镍纳米粒子沉积到碳纳米管上,制备出镍纳米粒子@碳纳米管(N i @C N T )复合电极㊂使得N i 与C N T 间无粘合剂,提高了电极材料的性能㊂结果表明,其能量密度为1.39mW h /c m 3,功率密度为440mW /c m 3,10000次循环后仍具有良好的电化学稳定性,无电容损耗㊂L o w 等[42]人利用液相沉积法在高度拉伸4.2倍的丙烯酸酯橡胶基体上沉积银薄膜,然后松弛至2.5倍的预拉伸来制备褶皱电极㊂测试得到在1.8k V 的电压下电极面积扩展至128%,并且具有良好的循环稳定性㊂4.3 喷墨印刷法喷墨印刷是通过计算机控制,将细墨流射在基材上㊂它具有工艺简单㊁成本低㊁无接触㊁无污染㊁生产周期短等特点,有着巨大的使用潜力㊂M u s t o n e n 等[43]人利用喷墨印刷的方法将由单壁碳纳米管/导电聚合物(P E D O T -P S S)组成的墨水沉积在基体上,制备出复合透明电极㊂结果表明,在低印刷重复率下,与P E -D O T -P S S 电极相比,复合电极显示出更高的电导率,这是因为碳纳米管在P E D O T -P S S 导电相间建立了连接㊂90%的高透光率下,方阻为10k Ω/s q ㊂金属材料的导电性远远高于碳材料,因此金属墨水是现在最为最常用的㊂D o n g 等[44]人利用喷墨印刷法将高银含量的MO D (金属-有机分解)墨水沉积在P I 基体上㊂结果表明,固化后膜电极的电阻率为8.6μΩ㊃c m ,大弯曲下电极也无破裂现象,表现出良好的柔韧性㊂除了上述几种常用的方法外,还有电化学沉积法㊁激光刻蚀法㊁静电纺丝法㊁溅射法㊁湿法纺丝法㊁冲压法㊁3D 打印法等多种方法㊂图14 (a )(b )介电弹性体卫星夹持器示意图;(c )通过将三个D E M E S 旋转接头连接在一起形成的襟翼系统;(d)仿生鱼斜视图;(e)介电弹性体海浪发电机示意图F i g 14(a )S c h e m a t i cd i a g r a m o fd i e l e c t r i ce l a s t o m e r s a t e l l i t eh o l d e r ;(b )f l a p p i n g w i n g s ys t e mf o r m e df r o m j o i n i n g t h r e eD E M E S r o t a r y j o i n t s t o g e t h e ;(c )b i o n i c f i s ho b l i q u e v i e w ;(d )s c h e m a t i cd i a gr a mo f d i e -l e c t r i c e l a s t o m e r s e aw a v e g e n e r a t o r54020武畏志鹏等:柔性电极材料的国内外研究进展。
柔性电子技术的研究现状及未来发展趋势
柔性电子技术的研究现状及未来发展趋势近年来，随着人类对于科技的不断追求和需求的不断增加，柔性电子技术得到了越来越多的关注和研究。
在这个强调轻量、可弯曲、可穿戴的时代，柔性电子技术作为一种颠覆性的技术，已经开始改变着人们的生活方式。
本文将对柔性电子技术的现状及未来发展趋势进行探讨。
一、柔性电子技术的研究现状柔性电子技术是将柔性材料和电子器件相结合来制作电子器件。
目前，柔性电子技术主要应用在以下领域：传感器、显示器、发光二极管、柔性电池等。
1.传感器传感器是测量和检测环境参数的设备。
目前，柔性传感器主要是利用纳米材料的特性，将其与柔性基材相结合，制作出柔性材料的传感器。
柔性传感器具有轻巧、可弯曲、低功耗等优点，适用于人体运动监测、智能家居中的物联网应用、建筑结构监测等领域。
2.显示器柔性显示器主要有OLED、AMOLED和电子纸等。
柔性OLED 是一种新型的显示材料，通过将柔性的有机基底和OLED发光层复合制成。
它具有低能耗、高亮度、超薄、可弯曲等优点，在智能手表、智能手机、可穿戴设备等领域有广泛的应用。
3.发光二极管柔性发光二极管是将有机或无机半导体与柔性材料相结合制成的。
它具有轻薄、柔性、低驱动电压、快速响应等特点。
在室内照明、户外大屏幕、特殊场合的广告灯光等领域有广泛的应用。
4.柔性电池传统电池对于终身寿命和环保方面存在缺陷。
柔性电池采用柔性的基材，结合电池的正负极制成。
它主要用于电子产品、智能医疗器械、智能物流、无人机等领域。
柔性电池具有高性能、安全性好、轻薄、低成本等特点。
二、柔性电子技术的未来发展趋势柔性电子技术的未来发展趋势主要表现在以下三个方面。
1.技术成熟度提高目前，柔性电子技术的技术还比较成熟，但是这个技术仍然处于起步阶段，需要更多的研究和应用。
在未来，随着技术的不断发展和成熟度的提高，柔性电子技术将在传感器、显示器、发光二极管和柔性电池等领域得到广泛的应用。
2.市场需求增加目前，随着智能家居、可穿戴设备、智能医疗器械等市场的逐步升温，带动了柔性电子技术的市场需求不断增加。
柔性电极材料
柔性电极材料
柔性电极材料是一种具有柔韧性和可塑性的材料，能够适应各种形状和表面的电极材料。
它们通常由导电材料和柔性基底组成，具有良好的导电性、机械性能和化学稳定性。
柔性电极材料在柔性电子器件、生物医学传感器、可穿戴设备等领域具有广泛的应用前景。
首先，柔性电极材料在柔性电子器件中具有重要作用。
传统的硅基电子器件往往具有刚性结构，难以适应复杂曲面的应用需求。
而柔性电极材料可以通过弯曲、拉伸等方式改变形状，能够与各种曲面完美贴合，因此被广泛应用于柔性显示屏、可折叠电子设备等领域。
其次，柔性电极材料在生物医学传感器中也具有重要作用。
生物医学传感器需要与人体皮肤或组织接触，因此对电极材料的柔韧性和生物相容性有较高要求。
柔性电极材料能够与人体组织更好地贴合，减小对组织的刺激，有利于传感器的稳定工作，因此在心电图、脑电图等医疗设备中得到广泛应用。
此外，柔性电极材料还在可穿戴设备中发挥着重要作用。
随着可穿戴设备的普及，人们对于设备的舒适性和便携性提出了更高的要求。
柔性电极材料能够使得可穿戴设备更加贴合人体曲线，更加舒适自然，因此在智能手环、智能手表等产品中得到了广泛的应用。
总的来说，柔性电极材料具有广泛的应用前景，能够在柔性电子器件、生物医学传感器、可穿戴设备等领域发挥重要作用。
随着科技的不断进步，相信柔性电极材料将会得到更广泛的应用，为人们的生活带来更多的便利与舒适。
柔性电极材料
柔性电极材料
柔性电极材料是一种具有柔软性和可塑性的材料，可以在各种曲面和不规则形状的基底上进行弯曲和拉伸，具有广泛的应用前景。
随着柔性电子技术的发展，柔性电极材料作为电子器件的重要组成部分，受到了越来越多的关注。
首先，柔性电极材料具有良好的机械柔韧性，能够适应各种复杂形状的基底。
这使得它们可以应用于身体健康监测、可穿戴设备、柔性显示屏等领域，为这些领域的发展提供了新的可能性。
同时，柔性电极材料还具有优异的导电性能，可以实现高效的电子传输，为电子器件的正常工作提供了保障。
其次，柔性电极材料的制备工艺日趋成熟，包括溶液加工、纳米印刷、激光刻蚀等多种方法，可以实现对材料的精确控制和加工。
这些制备工艺的不断进步，为柔性电极材料的性能优化和工程化应用提供了有力支持。
另外，柔性电极材料还具有良好的化学稳定性和环境适应性，能够在各种恶劣环境下稳定工作。
这为柔性电极材料在生物医学、环境监测等领域的应用提供了可能，为人们的生活和健康保障提供了新的手段。
总的来说，柔性电极材料作为一种新型的功能材料，具有广阔的应用前景和发展空间。
随着材料科学和电子技术的不断进步，相信柔性电极材料将会在更多的领域得到应用，为人类社会的发展和进步做出更大的贡献。
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技术应用
Technical application
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中国高新科技 2019年第45期
柔性电极的发展与应用前景
1 柔性电子技术与柔性电极
随着人们生活健康等需求的不断提升以及电子科技的不断进步，柔性电子技术（Flexible Electronic Technology）应运而生，有望引起一场新的智能革命。
早在2000年，美国《Science》杂志就曾将柔性电子技术与人类基因组草图、生物克隆技术等评为世界十大科技成果。
近年来，因其在信息技术、可穿戴设备、植入设备、智能机器人等领域的应用日益广泛且作用凸显，已成为世界多国科学家及跨国企业争相占领的新的科技前沿高地。
相较于传统电子元器件，柔性电子的器件具有轻便、薄、柔软、可弯曲等特点，具有较高的灵活性、伸展性和弯曲性。
因此对其部件，尤其是电子部件制作材料、工艺等提出了新的难度和挑战。
柔性电极是柔性电子设备的核心部件，尤其是近年来发展的柔性透明电极（Flexible Ttransparent Electrodes， FTEs）在触摸屏显示、表皮可穿戴及植入式电子设备等中均起到决定性的作用。
柔性透明电极需要同时具备一定的光学透明度、导电性及可拉伸性。
通常其透光性要求550 nm下可视光源穿透率在 80% 以上；其导电性要求面阻抗在 1000 Ω/sq 以下或者满足 1000S/m 的电导率。
注：A.屈曲起伏结构石墨烯膜；B.银纳米线柔性电极；
C.液态金属柔性电极；
D.PEDOT柔性电极。
图1 新型电极材料
2 柔性电极材料的发展
掺杂金属氧化物膜，例如氧化铟锡（ITO）膜，因其具有良好的光学透明性和导电性，在柔性透明电
极制作材料领域占据主导地位。
但ITO膜具有一定脆性，受到弯曲、拉伸等应变力时易发生破裂，因此由其制备的柔性透明电极拉伸性能不理想。
感官知觉，更好地实现人机互动。
对于植入式柔性设备，材料的良好生物相容性和生物降解性，实现使用安全，避免二次手术相关的额外风险、成本和损害是未来一段时间植入电子器件亟待解决的关键问题。
参考文献
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