本發(fā)明涉及一種可直接激光雕刻的柔性復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用，屬于功能復(fù)合材料領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

1、隨著可穿戴設(shè)備的發(fā)展，柔性可穿戴傳感器在醫(yī)療健康監(jiān)測、運動追蹤、環(huán)境檢測等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。傳統(tǒng)的柔性可穿戴材料主要由導(dǎo)電聚合物、導(dǎo)電纖維或薄膜材料構(gòu)成，這些材料具有一定的柔性和可拉伸性，能夠適應(yīng)人體的動態(tài)活動?，F(xiàn)有的制備柔性可穿戴傳感器的方法主要包括溶液處理法、噴涂法、印刷法等，但這些傳統(tǒng)材料和制備方法在實際應(yīng)用中存在一定的局限性和挑戰(zhàn)。

2、1.成本高：現(xiàn)有的溶液處理法和噴涂法通常使用高成本的原材料和復(fù)雜的工藝步驟。碳納米管、石墨烯和導(dǎo)電聚合物等材料的制備過程復(fù)雜，且需要使用昂貴的化學(xué)試劑。噴涂法和印刷法等技術(shù)雖然可以大規(guī)模生產(chǎn)，但設(shè)備投資較高，導(dǎo)致整體生產(chǎn)成本過高。

3、2.制備工藝復(fù)雜：現(xiàn)有技術(shù)的制備工藝步驟繁多，操作復(fù)雜，難以實現(xiàn)高效、低成本的大規(guī)模生產(chǎn)。例如，溶液處理法需要進(jìn)行多次涂覆和干燥，噴涂法和印刷法則需要精密控制設(shè)備的參數(shù)和環(huán)境條件。

4、3.靈敏度和穩(wěn)定性：柔性可穿戴傳感器的靈敏度和穩(wěn)定性是影響其性能的重要因素。溶液處理法制備的傳感器往往存在導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)不均勻的問題，導(dǎo)致傳感器的靈敏度不高，響應(yīng)速度較慢。而噴涂法和印刷法制備的傳感器在長期使用中，導(dǎo)電層容易受到機械應(yīng)力的影響，導(dǎo)致靈敏度下降和信號漂移。

5、4.柔性和可拉伸性不足：現(xiàn)有技術(shù)制備的柔性傳感器在滿足基本柔性的同時，其可拉伸性和機械性能往往不足，難以承受較大的形變和拉伸，限制了其在復(fù)雜環(huán)境中的應(yīng)用。

6、因此，本領(lǐng)域?qū)τ诳芍苯蛹す獾窨痰娜嵝钥纱┐鲝?fù)合材料存在未滿足的需求。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種可直接激光雕刻的柔性可穿戴復(fù)合材料及其制備方法，其不僅降低了生產(chǎn)成本，簡化了制備工藝，同時提高了材料靈敏度與穩(wěn)定性以及材料與人體皮膚的貼合性和粘附性，并賦予材料更好的柔性和可拉伸性，從而顯著提升了柔性可穿戴傳感器的性能和應(yīng)用前景。

2、具體地，在一個方面，本發(fā)明提供了一種可直接激光雕刻的柔性復(fù)合材料，其特征在于，所述復(fù)合材料由酚醛樹脂、pdms和pdms固化劑經(jīng)混合后制膜得到。

3、進(jìn)一步地，所述酚醛樹脂和pdms的質(zhì)量比為0.25-0.75:1，優(yōu)選0.5:1。

4、進(jìn)一步地，所述pdms固化劑與pdms的質(zhì)量比為1:8-12，優(yōu)選1:10。

5、如本文所用，酚醛樹脂的具體選擇不受限制，其可以是任何合適的酚醛樹脂。僅作為舉例，酚醛樹脂可以是為br2123，其具有熱固性，外觀白色至淡黃色粉末，游離酚含量≤4.5％，軟化點為98-115℃，水分含量小于等于1.5％，烏洛托品含量為7％-9％。

6、如本文所用，pdms是指聚二甲基硅氧烷。

7、如本文所用，pdms固化劑可以是任何可以使得pdms在一定條件(例如加熱)下發(fā)生交聯(lián)固化的試劑。這樣的pdms固化劑是本領(lǐng)域熟知的。僅作為舉例，所述pdms固化劑包括但不限于甲基三乙氧基硅烷、甲基三丙氧基硅烷或γ-氨丙基三乙氧基硅烷中的至少一種。

8、在一個實例中，pdms是道康寧dc184牌號的pdms，其包括pdms基本組分和固化劑，使用時將基本組分與固化劑按10:1重量比完全混合。

9、在其他方面，本發(fā)明還提供了一種制備如本文所述的可直接激光雕刻的柔性復(fù)合材料的方法，所述方法包括將酚醛樹脂、pdms和pdms固化劑混合均勻后涂布在基板表面上，經(jīng)固化成膜后即得到所述可直接激光雕刻的柔性復(fù)合材料。

10、進(jìn)一步地，所述涂布采用旋涂的方式進(jìn)行。

11、進(jìn)一步地，所述旋涂的條件為：200-1000rpm(優(yōu)選500rpm)轉(zhuǎn)速，時間為60秒。

12、進(jìn)一步地，所述基板可以是任何適合于制膜的基板，例如可以是玻璃片。

13、進(jìn)一步地，所述基板表面上涂覆有犧牲層以便于成膜后將所述可直接激光雕刻的柔性復(fù)合材料與所述基板分離。例如，所述犧牲層可以是聚丙烯酸溶液與異丙醇的混合溶液。進(jìn)一步地，所述混合溶液中聚丙烯酸溶液的質(zhì)量為異丙醇質(zhì)量的5％。所述聚丙烯酸溶液可以是聚丙烯酸的水溶液，聚丙烯酸的濃度可以為30-40wt.％。

14、進(jìn)一步地，所述固化可以包括加熱固化或其他適當(dāng)?shù)墓袒绞?。例如，加熱固化可以是?0-90℃的溫度下進(jìn)行1-3小時。

15、進(jìn)一步地，所述方法還包括在固化成膜后將膜與基板分離并干燥。

16、在其他方面，本發(fā)明還提供了如本文所述的可直接激光雕刻的柔性復(fù)合材料用于激光雕刻的應(yīng)用。

17、進(jìn)一步地，所述激光雕刻的激光功率可以為9.5-11.5瓦特，雕刻速度可以為1080-1800mm/s。

18、在其他方面，本發(fā)明還提供了如本文所述的可直接激光雕刻的柔性復(fù)合材料用于制備柔性傳感器的應(yīng)用。

19、本發(fā)明的有益效果

20、在一個實施方案中，本發(fā)明采用熱固性的酚醛樹脂粉末與pdms按合適的比例進(jìn)行混合，通過精密控制的旋涂工藝來形成均勻的薄膜結(jié)構(gòu)。通過調(diào)整旋涂的轉(zhuǎn)速，靈活控制薄膜的厚度，從而使材料在柔性、可拉伸性和激光雕刻適應(yīng)性之間達(dá)到最佳平衡?；旌虾蟮牟牧辖?jīng)過特定溫度的加熱固化處理，使得酚醛樹脂能夠充分交聯(lián)，形成具有優(yōu)異熱穩(wěn)定性和機械強度的復(fù)合薄膜。同時，pdms提供了極佳的柔性和彈性，使薄膜不僅能適應(yīng)人體的各種運動，還能保持良好的機械性能和穩(wěn)定性。最后，通過剝離工藝，獲得這種經(jīng)過優(yōu)化處理的柔性薄膜，該薄膜能夠直接進(jìn)行高精度激光雕刻，適用于多種復(fù)雜圖案和結(jié)構(gòu)的設(shè)計。

21、本發(fā)明的材料選擇和工藝過程均較為簡單，原材料成本低廉，制備工藝無需復(fù)雜設(shè)備和操作，顯著降低了整體制備成本，適合大規(guī)模生產(chǎn)，具有較高的經(jīng)濟效益。本發(fā)明通過優(yōu)化酚醛樹脂粉末與pdms的配比，制備出具有良好柔韌性和可拉伸性的薄膜材料，該材料能夠適應(yīng)人體皮膚的曲面形狀，貼合度高，適合用于柔性可穿戴設(shè)備。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的材料在高負(fù)載和反復(fù)拉伸的條件下依然能夠保持穩(wěn)定的性能，特別適合用于需要長期可靠性的柔性傳感器。本發(fā)明的復(fù)合材料支持可編程、可擦除的高精度直接激光雕刻，省去了復(fù)雜的后處理步驟，實現(xiàn)了高精度、高效率的微結(jié)構(gòu)加工。

技術(shù)特征：

1.一種可直接激光雕刻的柔性復(fù)合材料，其特征在于，所述復(fù)合材料由酚醛樹脂、pdms和pdms固化劑經(jīng)混合后制膜得到。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可直接激光雕刻的柔性復(fù)合材料，其特征在于，所述酚醛樹脂和pdms的質(zhì)量比為0.25-0.75:1。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可直接激光雕刻的柔性復(fù)合材料，其特征在于，所述pdms固化劑與pdms的質(zhì)量比為1:8-12。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的可直接激光雕刻的柔性復(fù)合材料，其特征在于，所述pdms固化劑包括甲基三乙氧基硅烷、甲基三丙氧基硅烷或γ-氨丙基三乙氧基硅烷中的至少一種。

5.一種制備根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項所述的可直接激光雕刻的柔性復(fù)合材料的方法，其特征在于，所述方法包括將酚醛樹脂、pdms和pdms固化劑混合均勻后涂布在基板表面上，經(jīng)固化成膜后即得到所述可直接激光雕刻的柔性復(fù)合材料。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述涂布采用旋涂的方式進(jìn)行；

7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述基板表面上涂覆有犧牲層以便于成膜后將所述可直接激光雕刻的柔性復(fù)合材料與所述基板分離；

8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述固化包括加熱固化。

9.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項所述的可直接激光雕刻的柔性復(fù)合材料用于激光雕刻的應(yīng)用。

10.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項所述的可直接激光雕刻的柔性復(fù)合材料用于制備柔性傳感器的應(yīng)用。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種可直接激光雕刻的柔性復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用，屬于功能復(fù)合材料領(lǐng)域。本發(fā)明采用熱固性的酚醛樹脂粉末與PDMS按一定的比例進(jìn)行混合并制膜得到一種可直接激光雕刻的柔性可穿戴復(fù)合材料，其大大降低了制備成本，簡化了制備工藝，同時提高了材料靈敏度與穩(wěn)定性，在柔性和可拉伸性方面有較大的提高，可應(yīng)用于激光雕刻和制備柔性可穿戴傳感器，顯著提升了柔性可穿戴傳感器的性能和應(yīng)用前景。

技術(shù)研發(fā)人員：李穎,黃京京,胡小倩,廖小青,李璐
受保護(hù)的技術(shù)使用者：重慶文理學(xué)院
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6