本发明涉及导电材料领域，具体涉及一种基于液态金属的可拉伸柔性功能导体及其制备方法。
背景技术：
可拉伸力敏导电复合材料是基于形变-电阻效应的材料，其传感机理是导体拉伸引起电阻变大。可拉伸柔性功能导体由聚合物基体和导电填料组成。聚合物基体包括聚二甲基硅氧烷(pdms)、聚氨酯(pu)、聚乙烯醇(pva)等。导电填料包括石墨烯、碳纳米管、银纳米线、导电炭黑等。由导电填料和聚合物通过调控工艺制备的具有形变-电阻效应的柔性可拉伸功能导体，在医学诊断、智能机器人、可穿戴设备、运动监测方面具有广阔的应用前景。
现有的可拉伸柔性功能导体的形变-电阻效应机理中，其传感机理在于当材料受到外力拉伸时，材料内部的导电网络发生局部的形变或断裂，从而导致导电性下降，表现为电阻的上升。目前的工业发展趋势，对于形变-电阻变小效应的柔性导体的需求显得日益迫切，而基于液态金属的形变-电阻变小效应的柔性导体的研究也逐渐发展起来。
镓及其合金作为在室温下具有流动性的无毒高导电性导体，所制备的形变-电阻减小效应的柔性功能导体在软体机器人、运动监测、柔性电极领域具有重要的应用和意义。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种基于液态金属的可拉伸柔性功能导体的制备方法。该方法通过简单有效的工艺，利用液态金属的良好流动性以及高导电性，制备出新型柔性可拉伸功能导体。
本发明的目的还在于提供由上述制备方法制得的一种基于液态金属的可拉伸柔性功能导体。该功能导体无毒安全，在拉伸过程中，具有拉伸形变-电阻减小效应，电阻随着应变增大而减小，在力导电材料领域具有重要的应用前景。
本发明的目的通过如下技术方案实现。
一种基于液态金属的可拉伸柔性功能导体的制备方法，包括如下步骤：
(1)将高分子溶液和液态金属共混均匀，得到导电复合材料；
(2)将导电复合材料负载在柔性载体上，干燥，得到所述基于液态金属的可拉伸柔性功能导体。
进一步地，步骤(1)中，所述高分子溶液的溶质包括硅橡胶、聚氨酯、氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物(sebs)、聚乙烯醇、天然胶乳、氟橡胶和聚甲基丙烯酸酯中的任意一种。
进一步地，步骤(1)中，所述高分子溶液的浓度为0.5～5g/ml。
进一步地，步骤(1)中，所述高分子溶液的溶剂包括乙醇、n，n二甲基甲酰胺、水和甲苯中的一种。
进一步地，步骤(1)中，所述液态金属包括镓，或者镓以及铟和锡中的一种以上的共熔合金。
进一步地，步骤(1)中，所述液态金属和高分子溶液的体积比为1∶1-1∶10。
进一步地，步骤(1)中，所述共混的方式包括机械搅拌或超声。
进一步地，步骤(2)中，所述柔性载体包括医用绷带、无纺布或弹力布。
进一步地，步骤(2)中，所述负载的方式包括涂覆。
由上述任一项所述的制备方法制得的一种基于液态金属的可拉伸柔性功能导体。
与现有技术相比，本发明具有如下的优点与技术效果：
(1)本发明的基于液态金属的可拉伸柔性功能导体安全无毒，电阻可根据实际应用场合自行调控，调控范围在0.5ω-1kω，且具有拉伸形变-电阻减小效应，在制备可穿戴电子器件、可穿戴智能织物、高性能力敏传感器等柔性电子材料领域具有广阔的应用前景；
(2)本发明的基于液态金属的可拉伸柔性功能导体在拉伸时的电阻变化不同于以往的导电复合材料，由于液态金属液滴受到外力会彼此接触，形成部分新的导电通路，从而达到电阻下降，因而随着拉伸形变变大，液态金属之间距离减小，导体的导电率增加，导体电阻变小，形成工作时电阻下降的力敏传感材料，可减少能源消耗，对可穿戴设备的工作寿命与工作稳定性将有着极大的提升；
(3)本发明的制备方法工艺简单高效，材料来源易得，有利于实现大规模工业化生产。
附图说明
图1为实施例1制备的基于液态金属的可拉伸柔性功能导体的相对电阻-形变曲线图；
图2为实施例2制备的基于液态金属的可拉伸柔性功能导体重复拉伸5次的电阻-形变曲线图。
具体实施方式
以下结合具体实施例及附图对本发明技术方案作进一步详细描述，但本发明不限于此。
实施例1
基于液态金属的可拉伸柔性功能导体的制备，具体步骤如下：
(1)在室温下量取10ml聚二甲基硅氧烷(型号：dowkaning189)于小烧杯中，再用针筒量取2ml液态金属(镓∶铟＝3∶2，g/g)加入聚二甲基硅氧烷中，采用十字形搅拌桨以500rpm转速搅拌10min，得到导电复合材料；
(2)将0.2g导电复合材料用毛刷涂覆在医用绷带上，涂覆区域为3cm*1cm的矩形，两端接上电极，60℃干燥2h，得到基于液态金属的可拉伸柔性功能导体。
制备出的基于液态金属的可拉伸柔性功能导体的电阻约15.0ω；在对导体进行拉伸时，相对电阻-形变曲线图如图1所示，随着拉伸形变变大，导体电阻变小，这是由于液态金属液滴受到外力会彼此接触，形成部分新的导电通路，从而达到电阻下降，这使得制备的基于液态金属的可拉伸柔性导体具有传统电阻型力敏材料所不具备的形变-电阻减小机理，该机理对制备低能耗、长时间工作的传感器件带来新的可能性。
实施例2
基于液态金属的可拉伸柔性功能导体的制备，具体步骤如下：
(1)在室温下量取10ml质量分数为5％的聚乙烯醇溶液于小烧杯中，再用针筒量取5ml液态金属(镓∶铟∶锡＝3∶1∶1，g/g/g)加入聚乙烯醇溶液中，采用十字形搅拌桨以800rpm转速搅拌5min，得到导电复合材料；
(2)将0.5g导电复合材料用毛刷涂覆在棉纤维无纺布上，涂覆区域为3cm*1cm的矩形，两端接上电极，60℃干燥2h，得到基于液态金属的可拉伸柔性功能导体。
制备的基于液态金属的可拉伸柔性功能导体的电阻约10.0ω；由于亲水的聚乙烯醇与棉纤维无纺布结合良好，在对制备的导体进行重复拉伸时，重复拉伸5次的电阻-形变曲线图如图2所示，由图2可知，拉伸过程中，电阻下降现象明显，这是由于聚乙烯醇随着纤维形变而拉伸滑移，被聚乙烯醇包裹的液态金属液滴更容易相互接触，从而电阻下降的现象更明显；但导体拉伸率不高，且多次重复拉伸后电阻仍回复原状，可多次弯折；以上结果表明制备的基于液态金属的可拉伸柔性功能导体对制备低能耗、长时间工作的智能织物带来新的可能性。
实施例3
基于液态金属的可拉伸柔性功能导体的制备，具体步骤如下：
(1)在室温下将1g聚氨酯(pu)溶解于9ml聚二甲基甲酰胺(dmf)中，搅匀，得到聚氨酯溶液；再用针筒量取2ml液态金属(镓∶铟∶锡＝3∶2∶1，g/g)加入聚氨酯溶液，采用功率为400kw的超声清洗仪，以最大功率超声混合物3h，得到均匀分散的复合体系。
(2)将0.30g复合体系用毛刷涂覆在弹力布上，涂覆区域为3cm*1cm的矩形，两端接上电极，60℃干燥2h，得到柔性可拉伸传感材料。
制备的基于液态金属的可拉伸柔性功能导体的电阻约30.0ω，由于聚氨酯弹性体分子链比较柔顺，拉伸时相对滑移小，拉伸时灵敏度稍小于实施例1与实施例2制备的可拉伸柔性功能导体。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其它的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。