本发明属于静电吸附技术领域，尤其涉及一种柔性可伸缩的静电吸附膜及其制备方法。
背景技术
静电吸附是一种电可控的吸附技术，通过给吸附装置（吸附膜）上的电极施加电压，在被吸附的物体表面上产生静电荷，电极与物体表面上的电荷相互作用从而产生与物体表面之间的静电吸附力。静电吸附膜通常包含三层介质，分别为介电基底层，导电电极和介电绝缘层。介电基底层是作为电极的载体，且与电极直接接触，能表现出整个吸附膜的柔韧强度。导电电极是整个静电吸附膜的核心部分，它们的作用是利用正负电极之间产生的高压电场使得被吸附物体产生静电感应或电介质极化，从而在吸附膜与被吸附物理之间产生吸附力。电极与高压电源连接（通常3kv或以上），并嵌入到介电基底中。介电绝缘层与被吸附物体直接接触，用于隔离电极以避免相邻电极之间的电击穿或与外部物体发生短路，起电极保护作用，也可起到一定的缓冲作用。介电基底层的厚度可根据实际或需要的情况而定，但通常都大于25μm。介电绝缘层的厚度在满足不被击穿的情况下越薄越好，这样能最大化静电吸附力的效果，这通常与该层材料的耐压强度有关。
传统的静电吸附膜有采用普通电路板加工工艺制作的刚性电极板，以及采用无胶电解铜和高分子材料聚酰亚胺(pi)薄膜作为基材加工制作的柔性静电吸附膜，对于上述两种静电吸附膜，刚性电极板能在玻璃表面上能够产生较大的吸附力，而在粉刷墙面、木板等相对粗糙表面上产生的吸附力非常小。主要原因是玻璃表面比较光滑，刚性电极板在通电后都可以实现与其紧密贴合吸附，而在粉刷墙面和木板等相对粗糙的表面上，刚性电极板无法与其实现紧密贴合，导致吸附力的下降。传统的柔性电极板使用聚酰亚胺这种高分子材料使其具有了一定的柔性，在玻璃、粉刷墙面、木板等表面上相比于刚性电极板来说均可产生较大的吸附力。但是由于该材料的不可拉伸性，导致其对物体表面适应性存在明显不足，在复杂环境下（形状各异的物体）并不能实现有效的紧密贴合，故该种静电吸附膜还值得改进。总之，目前已有的静电吸附膜由于弹性低、不可拉伸性和表面适应性差等问题而限制了其应用范围。
技术实现要素：
针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种柔性可伸缩的静电吸附膜及其制备方法。
本发明的一种柔性可伸缩的静电吸附膜，包括介电基底层、导电电极层和介电绝缘层，所述介电基底层采用柔性材料制成；所述导电电极层贴合在介电基底层表面，并被介电绝缘层所覆盖，且介电绝缘层将导电电极层的电极隔离；由于要求静电吸附膜具有高弹性和可拉伸性，而介电基底层作为整个吸附膜的载体，所以该层材料特性将直接影响到整个吸附膜柔韧性。本发明采用柔性材料作为介电基底层（可根据需求选择不同类型的柔性材料），充分利用这类材料的柔顺性、非线性和粘弹性来实现可拉伸性和物体表面高度适应性等上述要求。
进一步，所述柔性材料为橡胶、普通硅胶、聚合物或有机硅弹性体；可充分利用这类材料的柔顺性、非线性和粘弹性来实现可拉伸性和物体表面高度适应性。
进一步，所述导电电极层采用导电油墨制成；所述导电油墨为由导电碳黑和介电基底层材料按照1%-24%的质量比混合搅拌而成的复合物；为了满足上述要求（高弹性、高稳定性、可拉伸变形、高度表面适应性等），必须提高电极的可靠性。电极必须能够承受高于20％的重复应变而不会破裂（龟裂）、降解、分层或失去导电性；此外，为了不使整个机械结构太硬，电极必须是柔软且柔顺的，同时，电极材料保持上述特点的同时，还需对介电基底表层具有高度附着能力，否则会导致电极脱落现象；本发明采用一种名为“导电油墨”的复合物作为电极层，导电油墨是由导电碳黑和介电基底层材料按照一定比例混合搅拌而成的复合物（比例通常为质量比1%-24%，根据不同材料选择不同配比，比例太低导致导电性太差，太高导致电极层硬度过高，过于机械化），该复合物固化后具有良好的鲁棒性，对介电基底层表面有着很好的附着能力；此外，本发明使用丝网印刷技术来印刷柔性电极，不仅可以随意控制想要的电极图案、电极尺寸等参数，而且设备便宜，操作简单：只需要一个简易印刷台，一个定制网版，外加一个刮刀即可完成电极的印刷，不像其他印刷技术比如移印需要很大很昂贵的印刷机器。
进一步，所述介电绝缘层与介电基底层材料可相同，也可采用其他高介电性、低粘滞性的柔顺材料；介电绝缘层要求与基底层具有类似的特性，通常情况下可采用与介电基底层相同的材料；在某些特定情况下也可采用拥有高介电系数、低表面粘滞性的材料充当绝缘层；高介电系数可使吸附膜在相同情况下通较高电压，低表面粘滞性可降低吸附膜由于材料本身的粘性而对物体产生的吸附作用（主要包括分子间的作用力—范德华力、负压力等），从而扩大静电吸附作用；以高柔性材料（硅胶、橡胶、弹性体等）作为吸附膜的基底，以碳黑（bp2000，vulcanxc系列，monarch660r，ketjenblack系列等多种不同类型碳黑）与基底材料混合作为柔顺电极，以高介电、低粘滞的柔性材料或与基底材料一致作为介电绝缘层。改善传统柔性静电吸附膜只能用聚酰亚胺和铜线的单一制造方法，意在提高静电吸附膜材料使用的多样性。多种材料相组合制备吸附膜，可进行材料的对比实验，探索各类柔性材料对静电吸附效果的影响。
本发明的一种柔性可伸缩的静电吸附膜的制备方法，制作时先将介电基底层按照所需厚度浇筑在涂布有牺牲层的pet（聚对苯二甲酸乙二醇酯）薄膜表层上，然后配置所需导电油墨，使用丝网印刷技术将导电油墨印刷到介电基底层表面，加热待其固化后使用铜箔进行接线，最后将介电绝缘层按照所需厚度浇筑在电极表面，加热待其固化后制备完成，牺牲层能减小将介电基底层与pet薄膜分离时所需的力，从而减少了在分离期间吸附膜的机械变形，保护其不会因为收到太大的力而被扯坏。
进一步，所述牺牲层能减小将介电基底层与pet薄膜分离时所需的力，从而减少了在分离期间吸附膜的机械变形，保护其不会因为收到太大的力而被扯坏。所述牺牲层采用如下方法制备：
a1、从pet卷材中剪取一块适量长度和宽度、一定厚度的高质量pet薄膜（表面无褶皱或破损）；
a2、在一个烧杯中准备牺牲溶液，具体是往异丙醇中加入5%重量的聚丙烯酸；
a3、使用浸润异丙醇的无绒布清洁pet薄膜，使用浸润异丙醇的无绒布清洁真空罐，并把清洁后的pet薄膜放在真空罐中并打开真空泵去除水分；
a4、使用浸润异丙醇的无绒布清洁pet薄膜的上表面；
a5、将可变间隙的涂布器的间隙调整为所需高度；
a6、把牺牲溶液倒在pet薄膜上并使用涂布器进行一定速度的线性涂布；
a7、当涂布完成后将涂布器提起并使用浸润热水的无绒布对涂布器进行清洁；
a8、将涂布完毕的pet薄膜放入真空罐中脱泡并静置让其自然干燥。
进一步，所述介电基底层采用如下方法浇筑：
b1、将烘箱预热；
b2、在一个烧杯中将所用介电基底层材料（可选用各类硅胶、有机硅弹性体、橡胶等）主剂和固化剂（或各组分）按一定比例混合，之后加入相应溶剂来降低其粘稠度；
b3、将混合后的基底层材料放入行星搅拌机中充分搅拌并脱气；
b4、将可变间隙的涂布器的间隙调整到所需高度，将基底层混合液倒在带有牺牲层的pet薄膜上，以一定的均匀速度在整个pet薄膜上进行涂布，涂布完毕之后静置一段时间等待浇筑层中的溶剂蒸发，制成基底层薄膜；
b5、将带有介电基底层的pet薄膜转移到玻璃板上并将玻璃板放入烘箱中固化（不同材料有不同的固化温度和固化时间）；
b6、使用浸润异丙醇的无绒布清洁涂布器；
b7、固化完成后，将基底层薄膜从烘箱中移出，冷却一段时间并在基底层薄膜上表面覆盖一层pet膜以隔绝污染物（空气中的灰尘、颗粒等）。
进一步，所述导电电极层采用如下方法制备和印刷：
制备方法为：
c1、在一个烧杯中加入一定量的炭黑和异丙醇（用于溶解碳黑），使用行星搅拌机进行充分的搅拌分散；
c2、往烧杯中加入一定量的介电基底层材料（按固化比例混合）和异辛烷（用于溶解基底层材料）使用行星搅拌机进行20min充分的搅拌混合；
c3、搅拌完成后静置一段时间等待导电油墨中的异丙醇和异辛烷挥发；
本发明中，制备导电油墨过程中的行星搅拌器起到关键性作用：对于分散性低、比表面积大的碳黑（bp2000,ketjenblack系列等）来说，这类碳黑不易与柔性材料混合，需使用行星搅拌器并加入一定的溶剂来使二者充分的混合；对于分散性好、比表面积小的碳黑（vulcanxc系列，monarch660r等），只需用简易搅拌棒便可使二者充分的混合；行星搅拌器的使用，可使导电油墨有了更多的材料选择。
印刷方法为：
d1、将带有所需电极图案和尺寸的定制网版安装到丝网印刷专用操作台上；
d2、将带有介电基底层的pet薄膜固定在操作台上，调整网版位置使图案对准基底层薄膜中心，并撕下介电基底层薄膜上表面的pet膜；
d3、在网版与带有介电基底层的pet薄膜之间增加两块增高板，网版到介电基底层薄膜表面之间的距离称为网距，一定的网距能使图案印刷的更加清晰且均匀；
d4、将制备完成的导电油墨倾倒在网版一侧，使用专用刮刀进行来回往复印刷并尽量控制保持刮刀匀速；
d5、印刷完毕后，将印在pet上且带有电极的基底层薄膜从操作台上取下并放入烘箱中固化一定时间；
d6、固化完毕后，将印在pet上且带有电极的基底层薄膜从烘箱中取出，冷却一段时间。
本发明使用丝网印刷技术来印刷柔性电极，不仅可以随意控制想要的电极图案、电极尺寸等参数，而且设备便宜，操作简单：只需要一个简易印刷台，一个定制网版，外加一个刮刀即可完成电极的印刷。不像其他印刷技术比如移印需要很大很昂贵的印刷机器。
进一步，采用如下方法来构建接线连接和覆盖介电绝缘层：
e1、从铜箔卷材上剪取适量长的铜箔两块；
e2、按照之前电极图案设置好的接线处的位置进行粘贴，并确认粘贴的严密性，避免铜箔边缘翘起；
e3、取一个烧杯，加入介电绝缘层材料主剂与固化剂，使用行星搅拌器充分搅拌并脱气（与介电基底层制备方法一样）；
e4、在电极接线处倒入介电绝缘层材料，使用可变间隙的涂布器，调整到所需高度，以一定均匀速度进行涂布，涂布过程中保证绝缘材料能够将整个电极图案和部分铜箔覆盖，露出来的铜箔部分用于连接高电压；
e5、涂布器使用完毕后用浸润异丙醇的无绒布进行清洁；
e6、涂布完毕后将带有pet薄膜的吸附膜放入烘箱中固化一定时间；
e7、固化完成后，将带有pet薄膜的吸附膜从烘箱中取出，缓慢撕下与介电基底层粘在一起的pet薄膜，一个完整的柔性可伸缩的静电吸附膜制备完毕。
本发明的有益效果是：本发明的一种柔性可伸缩的静电吸附膜及其制备方法，制得的静电吸附膜具有高弹性、高柔顺性、高导电性、耐高压等特点，在柔性或软体静电吸附技术领域具有巨大的应用潜力；所使用的材料包括所有的基底材料、碳黑和绝缘材料都可直接从市场上直接买到，且价格实惠，每一片吸附膜所需的材料费用大约在rmb10元以下，且制备过程效率高，可成批量制备，具有很好的应用前景。
具体实施方式
下面对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。
需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。
实施例一：
牺牲层的准备：牺牲层能减小将介电基底层与pet薄膜分离时所需的力，从而减少了在分离期间吸附膜的机械变形，保护其不会因为收到太大的力而被扯坏。具体制备过程为：
a1、从厚度为200μm的pet卷材中剪取一块长度为200mm、宽度为100mm的高质量pet薄膜（表面无褶皱或破损）；
a2、在一个50ml的烧杯中准备牺牲溶液（按重量计在异丙醇中的5％聚丙烯酸）：使用简易搅拌棒将32g异丙醇与8g聚丙烯酸溶液（25%占比）充分混合并振荡均匀；
a3、使用浸润异丙醇的无绒布清洁pet基底，使用浸润异丙醇的无绒布清洁真空罐。并把清洁后的pet基底放在真空罐中并打开真空泵去除水分5min；
a4、使用浸润异丙醇的无绒布清洁pet基底的上表面；
a5、将可变间隙涂布器（ktq-ii，上海沪粤明科学仪器有限公司）的间隙调整为50μm；
a6、把2ml牺牲溶液倒在pet基底上并使用涂布器进行5mm/s的匀速线性涂布；
a7、当涂布完成后将其提起并使用浸润热水的无绒布对涂布器进行清洁；
a8、将涂布完毕的pet放入真空罐中脱泡并静置让其自然干燥。
介电基底层的浇筑：
b1、将烘箱预热到80℃；
b2、选用有机硅弹性体（bd-kyn，杭州包尔得新材料科技有限公司）作为介电基底层材料。在一个50ml的烧杯中加入bd-kyn主剂10g和固化剂1g，之后加入2g硅胶溶剂（os-20，dowcorning）来降低其粘稠度，充分混合均匀；
b3、将混合后的基底层材料放入行星搅拌机（thinkyare-100）中，设置转速为2000rpm/min，充分搅拌10min，之后再设置转速为2200rpm/min进行2min的脱气搅拌；
b4、脱气完毕后取出烧杯，将可变间隙涂布器（ktq-ii）的高度调整到100μm，将基底层混合液倒在带有牺牲层的pet薄膜上，以5mm/s的均匀速度在整个pet基底上进行涂布，涂布完毕之后静置5min等待基底层中的溶剂蒸发；
b5、将带有介电基底层薄膜的pet一起转移到玻璃板上并将玻璃板放入烘箱中以80℃固化30min；
b6、使用浸润异丙醇的无绒布清洁可变间隙涂布器；
b7、固化完成后，将带有介电基底层薄膜的pet从烘箱中移出，冷却5min后在薄膜上表面覆盖一层pet膜以隔绝空气污染物（灰尘、颗粒等）；
柔性电极的制备与印刷：
导电油墨的制备：
c1、在一个50ml烧杯中加入0.8g炭黑（bp2000，cabot）和10g异丙醇溶液（用于溶解碳黑），将其放入行星搅拌机（thinkyare-100）中，设置转速为2000rpm/min，充分搅拌10min；
c2、从搅拌机中取出上述烧杯，再往里加入bd-kyn主剂7.2g、固化剂0.7g，和6g异辛烷（用于溶解基底层材料），再次放入行星搅拌机（thinkyare-100）中，设置转速为2000rpm/min，充分搅拌10min；
c3、搅拌完成后静置24小时等待油墨中的异丙醇和异辛烷挥发待尽。
印刷电极：
d1、将带有所需电极图案和尺寸（选用经典梳齿状电极）的定制网版安装到丝网印刷专用操作台上；
d2、将带有介电基底层薄膜的pet固定在操作台上，调整网版位置使图案对准基底层薄膜中心，并撕下介电基底层薄膜上表面的pet；
d3、在网版与pet之间增加两块增高板，厚度为2mm；
d4、将制备完成的导电油墨倾倒在网版一侧，使用专用刮刀进行来回往复印刷并尽量控制保持刮刀匀速；
d5、印刷完毕后，将印在pet上且带有电极的介电基底层薄膜从操作台上取下并放入烘箱中80℃固化30min；
d6、固化完毕后，将印在pet上且带有电极的介电基底层薄膜从烘箱中取出，冷却10min。
构建接线连接与介电绝缘层的覆盖：
e1、从宽度为1cm的铜箔卷材上剪取长度为2cm的铜箔两块；
e2、按照之前电极图案设置好的接线处的位置进行粘贴，并确认粘贴的严密性，避免铜箔边缘翘起；
e3、选用弹性体（sylgard184，dowcorning）作为介电绝缘层材料。取一个50ml的烧杯，加入sylgard184主剂8g与固化剂0.8g，充分混合均匀；将混合后的绝缘层材料放入行星搅拌机（thinkyare-100）中，设置转速为2000rpm/min，充分搅拌10min，之后再设置转速为2200rpm/min进行2min的脱气搅拌；
e4、脱气完毕后取出烧杯，在电极接线处倒入介电绝缘层材料，使用可变间隙涂布器（ktq-ii），调整高度为200μm（电极层厚度一般低于10μm，可忽略不计，此时绝缘层厚度为200μm-基底层厚度100μm=100μm），以5mm/s的均匀速度在整个pet基底上进行涂布，涂布过程中保证绝缘材料sylgard184能够将整个电极图案和大半部分的铜箔覆盖，露出来的铜箔部分用于连接高电压；
e5、涂布器使用完毕后用浸润异丙醇的无绒布进行清洁；
e6、涂布完毕后将上述吸附膜放入烘箱中80℃固化30min；
e7、固化完成后，将其从烘箱中取出，缓慢撕下与介电基底层粘在一起的pet薄膜，一个完整的新型柔性静电吸附膜制备完毕。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。