一种纤维状电极及纤维状能量采集器件的制作方法

本实用新型涉及电极材料领域，尤其是涉及一种纤维状电极及纤维状能量采集器件。

背景技术：

随着科技的发展，可穿戴电子设备越来越受到人们的关注，目前的柔性电子器件也已经涉及了众多的研究领域，例如电池、超级电容器、有机发光二极管、场效应晶体管传感器、电子皮肤等。这些器件的共同特点是可以产生比较复杂的变形，并且不会影响性能。目前，大部分的研究主要集中在二维结构的器件，受限于其尺寸和形状，在很多情况下无法应用。相比之下，一维结构的柔性器件就可以产生较大的形变，并且具有质量轻、柔性好、价格低等优点，因此受到了很大的关注，被认为是下一代多功能电子器件。

对于一维柔性电子器件而言，柔性电极的制备一直是一个难题，目前，大部分制备一维柔性电极的工艺都较为复杂，并且可拉伸性能较差，或者是成本较高，不利于商业化。

技术实现要素：

本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种纤维状电极及纤维状能量采集器件。

本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种纤维状电极，包括：

聚二甲基硅氧烷内芯，

包覆在所述聚二甲基硅氧烷内芯外侧的内导电纳米材料层，作为内电极，

包覆在所述内导电纳米材料层外侧的压电混合材料层，

包覆在所述压电混合材料层外侧的外导电纳米材料层，作为外电极。

所述聚二甲基硅氧烷内芯长径比大于15：1。

所述聚二甲基硅氧烷内芯的一端引出铜线。

所述内导电纳米材料层的厚度为小于1微米。

所述压电混合材料层为聚二甲基硅氧烷与压电材料混合层。

所述压电混合材料层的厚度为200-500微米。

所述外导电纳米材料层的厚度为小于1微米。

一种纤维状能量采集器件，在纤维状电极的表面包覆聚二甲基硅氧烷层。

该纤维状能量采集器件的另一端引出铜线。

与现有技术相比，本实用新型可以在拉伸形变量为100％的情况下工作，由于一维导电材料和二维导电材料可以形成很好的导电网络，保证了电极良好的拉伸性能，在这个电极的基础上发展的纤维状能量采集器件，同样具有操作简单，成本低的优点。

附图说明

图1为电极在拉伸状态下的电阻；

图2为纤维状电极的结构示意图；

图3为纤维状电极的横截面示意图

图4为纤维状能量采集器件的结构示意图

图5为纤维状能量采集器件的横截面示意图。

图中，1-聚二甲基硅氧烷内芯、2-内导电纳米材料层、3-压电混合材料层、4-外导电纳米材料层、5-聚二甲基硅氧烷层。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本实用新型进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本实用新型，但不以任何形式限制本实用新型。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本实用新型的保护范围。

实施例1

一种纤维状电极，其结构如图2-3所示，包括：聚二甲基硅氧烷内芯1，包覆在聚二甲基硅氧烷内芯1外侧的内导电纳米材料层2作为内电极，包覆在内导电纳米材料层2外侧的压电混合材料层3，包覆在压电混合材料层3外侧的外导电纳米材料层4作为外电极。

其中，聚二甲基硅氧烷内芯的长径比大于15：1，在聚二甲基硅氧烷内芯的一端引出铜线。

内导电纳米材料层的厚度为小于1微米，使用的压电混合材料层为聚二甲基硅氧烷与压电材料混合层。压电混合材料层的厚度为200-500微米，外导电纳米材料层的厚度为小于1微米。

纤维状电极的制备方法，采用以下步骤：

a.往中空塑料吸管中浇注聚二甲基硅氧烷溶液，然后控制温度为70-100℃，加热固化至少1h，其中，聚二甲基硅氧烷溶液中含有固化剂、所述固化剂与聚二甲基硅氧烷的质量比小于0.8:10，得到聚二甲基硅氧烷内芯；

b.将固化后的聚二甲基硅氧烷内芯从管中取出，在聚二甲基硅氧烷内芯表面均匀涂抹一层单壁碳纳米管作为内导电纳米材料层，并从一端引出铜线；

c.在获得的电极表面涂抹二甲基硅氧烷与压电纳米材料石墨烯的混合液作为压电材料混合层，二甲基硅氧烷与压电纳米材料的质量比为小于1:1，然后控制温度为70-100℃，加热固化至少1h；

d.固化后在表面涂抹一层导电纳米材料多壁碳纳米管作为外导电纳米材料层，并从另一端引出铜线，制备得到纤维状电极。

图1为电极在拉伸状态下的电阻，通过沿长度方向进行拉伸，测试的单位长度电阻是指电阻与长度之比，从图1中可以看出，随着应变量的增大，电阻和电阻率都线性增大，并且变化非常均匀。

实施例2

纤维状能量采集器件的结构如图4-5所示，在纤维状电极的表面包覆聚二甲基硅氧烷层5，该纤维状能量采集器件的另一端引出铜线。制作时，在外电极表面涂抹一层二甲基硅氧烷溶液，聚二甲基硅氧烷溶液中含有固化剂、固化剂与聚二甲基硅氧烷的质量比为1:10，然后控制温度为70-100℃，加热固化至少1h得到纤维状能量采集器件。

以上对本实用新型的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本实用新型并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本实用新型的实质内容。