本發(fā)明涉及纖維表面導(dǎo)電涂層的加工，具體涉及一種沿長纖維表面進(jìn)行導(dǎo)電金屬層圖案加工的方法。

背景技術(shù)：

1、隨著可穿戴電子技術(shù)的蓬勃發(fā)展，新興的智能電子織物有望成為擴展人與外界交互的有效手段。智能電子織物通過集成各種纖維結(jié)構(gòu)的電子元件，進(jìn)而提供感知、執(zhí)行、計算和管理等功能。目前，各類電子元件之間的集成往往需要額外的連接電路，甚至連接傳統(tǒng)的硬質(zhì)印刷電路板。這就導(dǎo)致了智能電子織物存在能耗高、適形性差、穿戴不舒適等缺點。而最根本的解決方法則是直接在纖維電子元件表面加工具有電路連接功能的導(dǎo)電圖案，實現(xiàn)纖維電子元件之間的原位連接。這就意味著需要在纖維表面進(jìn)行圖案化加工，使其具有電路連接的功能。

2、傳統(tǒng)的電路導(dǎo)電圖案加工方法主要包括光刻和銑型工藝，但這兩種加工方法很難直接應(yīng)用于柔性的長纖維表面。一方面，當(dāng)光刻工藝應(yīng)用于柔性纖維，在連續(xù)高精度刻蝕時由于纖維的自身晃動，存在無法準(zhǔn)確定位的問題；另一方面，當(dāng)銑型工藝應(yīng)用于柔性纖維，其刻蝕的精度受限于銑刀的大小，并且存在斷折、無法精準(zhǔn)定位等問題。因此，需要發(fā)展一種自校準(zhǔn)、連續(xù)化、高精度，且適用于柔性長纖維表面進(jìn)行導(dǎo)電金屬層圖案加工的新方法。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種沿長纖維表面進(jìn)行導(dǎo)電金屬層圖案加工的方法，實現(xiàn)了直接在纖維表面加工具有電路連接功能的金屬導(dǎo)電圖案。

2、為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種沿長纖維表面進(jìn)行導(dǎo)電金屬層圖案加工的方法，其特征在于，按照如下方法加工：(1)采用化學(xué)鍍的方法在長纖維表面沉積導(dǎo)電金屬層；(2)采用曲面接觸式機械刻蝕的方法沿長纖維表面對導(dǎo)電金屬層進(jìn)行刻蝕，刻蝕得到具有電路連接功能的導(dǎo)電圖案；所述曲面接觸式機械刻蝕的方法所用裝置包括水平移動軌道，所述水平移動軌道兩端上方分別設(shè)置有用于夾持長纖維的并能帶動長纖維旋轉(zhuǎn)的可旋轉(zhuǎn)夾頭，所述長纖維的兩頭分別夾持在可旋轉(zhuǎn)夾頭上，且長纖維位于水平移動導(dǎo)軌的上方，在所述水平移動導(dǎo)軌上通過滑塊滑動安裝有刻蝕磨頭，所述刻蝕磨頭能在滑塊上實現(xiàn)上下移動靠近和遠(yuǎn)離長纖維以及旋轉(zhuǎn)運動對長纖維上的導(dǎo)電金屬層進(jìn)行刻蝕。

3、上述方案中：所述長纖維為尼龍纖維、聚對苯二甲酸丁二酯纖維、聚對苯二甲酸乙二醇酯纖維、聚酰胺纖維、聚酰亞胺纖維、聚丙烯腈纖維、聚丙烯纖維、聚乙烯纖維、聚乙烯醇纖維、聚酯纖維、芳綸纖維中的一種。

4、上述方案中：所述長纖維的直徑為0.1-5mm。

5、上述方案中：所述導(dǎo)電金屬層為銅、鎳、錫、鈷、鋁、鐵、鋅、鉻、銀、金中的一種。

6、上述方案中：所述刻蝕磨頭的形狀為圓柱狀、圓環(huán)狀、圓錐狀中的一種。

7、上述方案中：所述刻蝕磨頭曲面和長纖維曲面接觸的曲率半徑為0.01-20mm。

8、上述方案中：所述刻蝕磨頭與纖維的曲面接觸面積為0.01-10mm2。

9、上述方案中：所述刻蝕磨頭的旋轉(zhuǎn)速度為1000-20000r/min，所述長纖維的同軸旋轉(zhuǎn)速度為10-2000r/min。

10、上述方案中：所述刻蝕磨頭沿纖維軸向在水平方向的相對移動速度為0.1-10cm/s，沿纖維徑向在垂直方向的移動速度為1-20cm/s。

11、上述方案中：所述刻蝕磨頭沿長纖維軸向刻蝕的寬度為50μm-10cm，沿長纖維徑向刻蝕的寬度為100μm-1cm。

12、水平移動軌道帶動刻蝕磨頭做直線往復(fù)運動，刻蝕磨頭自身做高速旋轉(zhuǎn)運動，固定長纖維的可旋轉(zhuǎn)夾頭帶動長纖維做同軸旋轉(zhuǎn)運動。當(dāng)刻蝕磨頭表面和長纖維表面相接觸后，刻蝕磨頭沿纖維軸向做直線往復(fù)運動或沿纖維徑向做往復(fù)升降運動。

13、與傳統(tǒng)印制電路板的加工方法相比，本發(fā)明具有以下有益效果：本發(fā)明采用曲面接觸式機械刻蝕法，實現(xiàn)了直接在纖維表面加工具有電路連接功能的金屬導(dǎo)電圖案，可以用于在纖維上原位連接電子元件最終得到纖維電路，相對于光刻和銑型工藝，可以避免刻蝕時由于纖維的自身晃動，存在無法準(zhǔn)確定位的問題；避免刻蝕的精度受限于銑刀的大小，并且存在斷折、無法精準(zhǔn)定位等問題。本發(fā)明具有自校準(zhǔn)、連續(xù)化、高精度的特點。

14、本發(fā)明沿長纖維表面進(jìn)行導(dǎo)電金屬層圖案加工的方法，也可以使用其他類型的基底而獲得其他方面的應(yīng)用。

技術(shù)特征：

1.一種沿長纖維表面進(jìn)行導(dǎo)電金屬層圖案加工的方法，其特征在于，按照如下方法加工：(1)采用化學(xué)鍍的方法在長纖維表面沉積導(dǎo)電金屬層；(2)采用曲面接觸式機械刻蝕的方法沿長纖維表面對導(dǎo)電金屬層進(jìn)行刻蝕，刻蝕得到具有電路連接功能的導(dǎo)電圖案；所述曲面接觸式機械刻蝕的方法所用裝置包括水平移動軌道，所述水平移動軌道兩端上方分別設(shè)置有用于夾持長纖維的并能帶動長纖維旋轉(zhuǎn)的可旋轉(zhuǎn)夾頭，所述長纖維的兩頭分別夾持在可旋轉(zhuǎn)夾頭上，且長纖維位于水平移動導(dǎo)軌的上方，在所述水平移動導(dǎo)軌上通過滑塊滑動安裝有刻蝕磨頭，所述刻蝕磨頭能在滑塊上實現(xiàn)上下移動靠近和遠(yuǎn)離長纖維以及旋轉(zhuǎn)運動對長纖維上的導(dǎo)電金屬層進(jìn)行刻蝕。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述沿長纖維表面進(jìn)行導(dǎo)電金屬層圖案加工的方法，其特征在于：所述長纖維為尼龍纖維、聚對苯二甲酸丁二酯纖維、聚對苯二甲酸乙二醇酯纖維、聚酰胺纖維、聚酰亞胺纖維、聚丙烯腈纖維、聚丙烯纖維、聚乙烯纖維、聚乙烯醇纖維、聚酯纖維、芳綸纖維中的一種。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種沿長纖維表面進(jìn)行導(dǎo)電金屬層圖案加工的方法，其特征在于：所述長纖維的直徑為0.1-5mm。

4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項所述沿長纖維表面進(jìn)行導(dǎo)電金屬層圖案加工的方法，其特征在于：所述導(dǎo)電金屬層為銅、鎳、錫、鈷、鋁、鐵、鋅、鉻、銀、金中的一種。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述沿長纖維表面進(jìn)行導(dǎo)電金屬圖案加工的方法，其特征在于：所述刻蝕磨頭的形狀為圓柱狀、圓環(huán)狀、圓錐狀中的一種。

6.根據(jù)權(quán)利要求5述沿長纖維表面進(jìn)行導(dǎo)電金屬層圖案加工的方法，其特征在于：所述刻蝕磨頭曲面和長纖維曲面接觸的曲率半徑為0.01-20mm。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述沿長纖維表面進(jìn)行導(dǎo)電金屬層圖案加工的方法，其特征在于：所述刻蝕磨頭與纖維的曲面接觸面積為0.01-10mm2。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述沿長纖維表面進(jìn)行導(dǎo)電金屬層圖案加工的方法，其特征在于：所述刻蝕磨頭的旋轉(zhuǎn)速度為1000-20000r/min，所述長纖維的同軸旋轉(zhuǎn)速度為10-2000r/min。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述一種沿長纖維表面進(jìn)行導(dǎo)電金屬層圖案加工的方法，其特征在于：所述刻蝕磨頭沿纖維軸向在水平方向的相對移動速度為0.1-10cm/s，沿纖維徑向在垂直方向的移動速度為1-20cm/s。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述沿長纖維表面進(jìn)行導(dǎo)電金屬層圖案加工的方法，其特征在于：所述刻蝕磨頭沿長纖維軸向刻蝕的寬度為50μm-10cm，沿長纖維徑向刻蝕的寬度為100μm-1cm。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開一種沿長纖維表面進(jìn)行導(dǎo)電金屬層圖案加工的方法，其特征在于，按照如下方法加工：(1)采用化學(xué)鍍的方法在長纖維表面沉積導(dǎo)電金屬層；(2)采用曲面接觸式機械刻蝕的方法沿長纖維表面對導(dǎo)電金屬層進(jìn)行刻蝕，刻蝕得到具有電路連接功能的導(dǎo)電圖案；這種沿纖維表面加工導(dǎo)電圖案的方法適用于多種金屬材料，導(dǎo)電圖案可以應(yīng)用于纖維結(jié)構(gòu)的柔性電路。柔性纖維電路未來還可以直接編織成為電子織物，應(yīng)用于人機交互、仿生機器人、可穿戴邊緣計算等領(lǐng)域。

技術(shù)研發(fā)人員：范興,汪玉敏,項思維,李春梅,王韻詞,魏小菲
受保護(hù)的技術(shù)使用者：重慶大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15