柔性电子学作为一个新兴的研究领域,引起了人们对如何制造在应变状态下仍维持高性能和耐用性的柔性电子材料这一问题的极大兴趣。随着人体可穿戴设备和植入式电子设备的出现,以及对人类友好型智能软机器人的需求不断增加,人们对于柔性电子产品的需求愈发复杂多样。日趋多样的需求要求柔性电子设备具有更高的形变能力,比如弯折、扭曲、拉伸等,而在这多种形变模式中,拉伸性能是最为苛刻和最具挑战性的。可拉伸透明电极作为可拉伸透明器件的核心元件,引起了研究工作人员的极大关注。目前,被用来制作可拉伸透明电极的材料主要有碳纳米材料(石墨烯、碳纳米管等)、金属薄膜以及金属纳米线、导电聚合物等,但这些材料存在着导电性能和光学透过率相互制约的矛盾。通过把金属网格化可很好解决这一问题,金属网格电极可以通过增加电极厚度而不增加占空比,在保持透过率不变的情况下,提高了电极的导电性能,实现了电极的导电性能和透过性能独立调节的优势。此外在可拉伸性方面,由于金属自身较大的杨氏模量,不易实现拉伸,为提高透明电极的拉伸性能,可对金属网格图案进行更适应拉伸性能的结构的设计。更进一步,为提高在拉伸过程中金属网格材料与可拉伸衬底的附着力,我们提出嵌入式金属微网格可拉伸电极结构。在此基础上,通过激光直写技术、选择性电沉积技术,制备出嵌入式可拉伸的金属微网格透明电极,系统表征了电极的光学、电学、机械及可拉伸性能。此外,我们把制备的嵌入式透明电极应用于可拉伸透明加热器件中,器件展现出优异的加热性能,可应用于透明加热领域。本文的主要内容有:1、根据材料的力学理论和COMSOL软件对设计的不同金属网格图形进行力学模拟和分析。根据金属网格杨氏模量、图案形变量大小和应力分布均匀性进行综合分析比较,优化选择出耐拉伸的金属网格图形,其中以边长呈蛇形状的正方形结构的拉伸性能最佳。2、图案化嵌入式金属镍电极的制备。首先通过激光直写光刻制备出图案化掩模板;再通过紫外曝光技术,在导电衬底上获得图形化导电网络沟槽;采用选择性电化学沉积技术,在导电沟槽内沉积形成图形化金属镍层,而在光刻胶覆盖的区域,不发生金属材料的沉积,从而得到高度为7μm,线宽为5μm的图案化镍网格电极;最后将聚二甲基硅氧烷(PDMS)溶液涂布在附有镍网格电极的导电基板上,结合剥离工艺获得嵌入式可拉伸透明镍微网格电极。该电极的光学透过率为84.3%,方阻仅为0.08Ω/sq。3、嵌入式可拉伸透明镍微网格电极性能测试及表征。嵌入式镍电极最高可拉伸到130%,此时方阻仅增加了 17.8%,仍保持着优异的导电性能。此外在循环稳定测试中,在拉伸应变为50%时,循环次数可达300次,弯折测试更是能达到800次而不影响电极的光电性能,展现出出优异的机械稳定性和可拉伸性能。制备出的超薄嵌入式镍网格电极可随意贴附在多种复杂结构物体上,具有很高的灵活性,可广泛应用于可穿戴电子设备的构建。4、基于嵌入式可拉伸透明镍网格电极的加热性能研究。在加性能测试中,对电极两端施加电压,通过红外相机拍摄加热过程的图像,可获得整个电极上的温度分布情况,通过观察发现整个电极表面加热均匀,热稳定性好。在极低的电压驱动下,即可在较短的时间内,加热至较高的温度,这得益于由于电沉积技术制备的镍网格电极的低方阻。在1.5V的直流电压下,加热器升到140℃需要约50秒。在加热过程中使电极发生弯折、拉伸形变,电极表面温度分布仍可保持均匀,具有很好的热稳定性,且热响应速度快,覆盖面积大,可满足对可拉伸加热器件的要求。