摘要
柔性电子技术颠覆了传统电子设备和系统僵化的物理形态，实现了从刚性物理形态向柔性物理形态的转变。柔性电极柔性电极通常与衬底很好地匹配，是柔性电子技术的核心部件。虽然现有的柔性电极被广泛应用在人机交互、健康检测、可穿戴设备和军工电子等领域。但是现有的柔性电极发生大变形时，柔性电极的导电层会因柔韧性不够而发生机械断裂，导致柔性电子设备失效。如何提高柔性电极的拉伸性能和柔韧性能对柔性电子技术发展是至关重要的。 扩大柔性电极的应用领域，关键在于让电极在一定应力下的重复循环载荷下实现柔性并保持导电性的能力。为了获得具有良好机械性能、导电性能和柔韧性能的柔性电极，本论文通过优化传统的负泊松比结构，从力学角度进行研究分析，设计一种新型的柔性电极导电层结构，以此来降低柔性电极导电层结构在使用过程中的损坏程度，在保证电极本身良好的电学性能基础上，提高柔性电极及其导电层的力学性能。本论文从结构的优化设计、数值模拟分析、材料性能分析和电极应用等方面进行了相应的研究实验。主要是对现有四节手性结构进行优化，提出来一种蛇形四节手性柔性电极。 本论文设计并制备的具有蛇形连接的四节手性结构的柔性电极，主要是通过采用丝网印刷技术制备的。并通过数值模拟分析和结构的拉伸实验，验证了蛇形四节手性结构与现有负泊松比结构相比，在保证负泊松比结构的力学性能外，仍可以有效的提升拉伸性能。对制备好的柔性电极进行电学性能、疲劳性能和物理性能等方面的测试，对导电层材料进行微观表征测试，验证了蛇形四节手性柔性电极具备优异的力学性能和稳定性能。实验结果表明，具有蛇形连接的四节手性结构的最大拉伸应力降低87.19%。当柔性电极拉伸至70%时，电极仍能导通。在柔性电极弯曲至180°和折叠5000次的情况下，电极的电阻仅为5Ω和4.4Ω，显示出优秀的循环稳定性。通过接触阻抗测试和与现有医用电极对比测试，验证了该电极具有较低电极-皮肤接触阻抗和优异的使用性能。此外，本论文还将柔性电极应用到心电信号采集、肌电信号采集和脉搏信号采集中，在生物信号检测方面显示了更大的潜力。综上所述，本论文所提出的柔性电极，为柔性电子器件在重复使用和复杂变形下仍保持电极原有功能提供可能。
NETL