一种可大尺度形变的柔性薄膜及其制备方法和应用、柔性电加热器及其制备方法

1.本发明涉及可拉伸柔性加热器技术领域，尤其涉及可大尺度形变的柔性薄膜及其制备方法和应用、柔性电加热器及其制备方法。


背景技术：

2.越来越多的人患有肌肉痉挛、关节损伤和关节炎。传统上，化学/电加热包/包裹通常用作运动损伤的疼痛缓解、组织弹性改善、血流增加和组织修复加速的热疗。然而化学加热器存在机械刚性、滞后加热时间(约30min)和/或功能时间有限(约8h)等问题，而电加热器存在重量大、体积大和便携性差等问题。为了避免上述问题，人们做出了巨大的努力来开发新型的可穿戴加热设备，这些设备可伸缩、重量轻、可重复使用且价格低廉，适用于实际的热疗场景。
3.目前，柔性/可伸缩电热加热器由于其穿着舒适性和实用性而成为研究最为深入的策略之一。例如，将导电纳米材料(例如，银纳米线、银纳米颗粒、碳纳米管和石墨烯基材料等)分散或涂覆在可拉伸基底(例如，聚二甲基硅氧烷(pdms)、ecoflex、丝素复合膜等)上，用于可穿戴热疗。此外，具有多种机械设计(如蛇形网、阿基米德螺旋、基里甲米设计等)的导线也可实现足够的可拉伸性。然而，仍有一些缺陷阻碍了上述可穿戴加热器的发展，例如，缺乏皮肤粘附能力、纳米材料分散的不均匀性、较低的加工效率(长时间处理数小时甚至数天)、复杂的设备要求(例如需要光刻设备、分散设备和热压设备等)，贵金属和高纯度碳纳米材料以及对人体健康有害的化学原料(如二甲苯、氢碘酸、二氟化氙等)造成的制造成本高。
4.2014年，james m.tour团队(j.lin.etal.nat.commun.2014,5,5714)通过激光辐照聚合物前驱体发现了激光诱导石墨烯(lig)。lig表现出的高导电性、高热导率和高比表面积等优势，为石墨烯基器件的制备提供了一种单步式的便捷加工方案，lig已被广泛应用于制动器、传感器和超级电容器等领域。此外，由于生产成本低、速度快、在实际使用中可定制、性能高度可调、材料选择多样以及可通过卷对卷批量处理进行扩展等优点，lig为定制化制备高性能柔性加热薄膜开辟了一条新路线。例如，bobinger等人(m.r.bobinger.et al.carbon2019,144,116-126)使用二氧化碳激光直接在柔性聚酰亚胺(pi)薄膜上制造了lig加热器，加热器的温度分布均匀、具有高机械和热稳定性，相比于传统液相组装方法制备的柔性加热器具有更优异的加热性能。chen等人(j.chen.etal.acs.appl.mater.interfaces.2020,12,20,23284
–
23297)通过激光的数字化加工模式，实现了区域温度可调控的lig加热器，并将其应用于复合材料的低能耗原位制造。然而，由于pi基板的有限拉伸性和高模量，lig基加热器在大应变下会损坏。因此，限制了lig的使用场景。特别是，它很难与人类皮肤的柔软度和较大的单向应变(～55％)相匹配，从而阻碍皮肤在任意方向上的动态运动。同时其有限应变《20％和因导电网络断裂而牺牲的温度均匀性仍然不能满足延展性的需求。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供可大尺度形变的柔性薄膜及其制备方法和应用、柔性电加热器及其制备方法，所述剪纸结构化的柔性薄膜可以满足不同尺寸和结构方向上的延展性需求。
6.为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
7.本发明提供了一种可大尺度形变的柔性薄膜，所述可大尺度形变的柔性薄膜在厚度方向上包括层叠设置的激光诱导石墨烯层和柔性聚合物层
8.所述可大尺度形变的柔性薄膜为剪纸结构。
9.优选的，所述剪纸结构为一字型构成的阵列结构、类螺旋桨型构成的阵列结构或圆弧形构成的阵列结构。
10.优选的，所述一字型构成的阵列结构中的相邻两行的一字型交错排列；
11.每间隔一行的两行一字型呈矩阵型排列；
12.所述一字型构成的阵列结构中每行中的相邻两个一字型之间的距离为a，所述a的取值范围为：a≥1mm；
13.相邻两行的行间距为d，所述d的取值范围为：0.1≤d≤10mm；
14.所述一字型的长度为l，所述l的取值范围为：l≥2mm。
15.优选的，所述类螺旋桨型构成的阵列结构中的类螺旋桨型由一个交叉点和由所述交叉点沿三个方向延伸的三条直线构成；
16.所述三条直线的长度相同，且相邻两条直线的夹角均为120
°
；
17.所述三条直线的长度为b，所述b的取值范围为：b≥1.5mm；
18.以相同高度的交叉点为一行，每行中相邻两交叉点之间的间距为s，所述s的取值范围为：s≥3mm。
19.优选的，所述圆弧形构成的阵列结构为同心圆结构；
20.所述圆弧形的圆心角为θ，所述θ的取值范围为：10
°
≤θ≤90
°
；
21.由内到外相邻两圆弧构成的同心圆之间的半径差为δr，所述δr的取值范围为2mm≤δr≤50mm；
22.所述同心圆结构的最大圆的半径为r1，所述r1的取值范围为r1≥10mm；
23.所述同心圆结构的最小圆的半径为r0，所述r0的取值范围为r0≥2mm。
24.本发明还提供了上述技术方案所述柔性薄膜的制备方法，包括以下步骤：
25.采用激光诱导的方法，在柔性聚合物层的一侧表面制备激光诱导石墨烯层，得到激光诱导石墨烯层/柔性聚合物层；
26.按照设定的剪纸结构，对所述激光诱导石墨烯层/柔性聚合物层进行激光切割，得到所述柔性薄膜。
27.本发明还提供了上述技术方案所述的可大尺度拉伸的柔性薄膜或上述技术方案所述的制备方法制备得到的可大尺度拉伸的柔性薄膜在制备柔性电加热器中的应用。
28.本发明提供了一种柔性电加热器的制备方法，包括以下步骤：
29.将所述可大尺度形变的柔性薄膜的长边涂覆导电银浆，所述导电银浆覆盖所述可大尺度形变的柔性薄膜中柔性聚合物层和激光诱导石墨烯层之间的接洽处，形成蛇形导电通路；
30.在所述蛇形导电通路的两个对角位置安装集流体电极后，所述导电通路和集流体电极的连接处用导电银浆进行覆盖后，封装，得到所述柔性电加热器。
31.优选的，所述封装为在所述激光诱导石墨烯层侧封装弹性聚合物层；
32.在所述柔性聚合物层侧封装粘贴层。
33.本发明还提供了上述技术方案所述的制备方法制备得到的柔性电加热器。
34.本发明提供了一种可大尺度形变的柔性薄膜，所述可大尺度形变的柔性薄膜在厚度方向上包括层叠设置的激光诱导石墨烯层和柔性聚合物层；所述柔性薄膜为剪纸结构。本发明所述的柔性聚合物层具有良好的生物相容性、可拉伸性和/或粘合能力，所述激光诱导石墨烯层提供导电通路；所述剪纸结构可以使所述柔性薄膜满足不同的尺度和结构方向上的延展性需求。根据实施例的记载，本发明所述的柔性薄膜可以实现单向≥100％的应变，多向≥25％的应变。
附图说明
35.图1为本发明所述lig/pi柔性加热器的制备流程示意图；
36.图2为实施例1所述lig/pi柔性加热器的大尺寸拉伸；
37.图3为实施例2所述lig/pi柔性加热器的双向拉伸结果；
38.图4为本发明所述一字型构成的阵列结构的示意图；
39.图5为本发明所述类螺旋桨型构成的阵列结构的示意图；
40.图6为将实施例1所述lig/pi柔性加热器贴覆在人体的肘关节处的红外成像结果；
41.图7为将实施例1所述lig/pi柔性加热器贴覆在人体的腕关节处的红外成像结果；
42.图8为将实施例2所述lig/pi柔性加热器贴覆在人体背部的肩胛骨处的表皮上的红外成像结果；
43.图9为本发明所述的圆弧形构成的阵列结构的示意图；
44.图10为将实施例3所述lig/pi柔性加热器贴覆在人体肩部的三角肌部位的表皮上的红外成像结果；
45.图11为将实施例1所述的lig/pi柔性加热器进行拉伸试验的红外成像和电阻变化图以及循环拉伸过程中最后5圈的电阻变化图；
46.图12为将实施例4所述lig/pi柔性加热器贴覆在吹胀的气球上的红外成像结果；
47.图13为实施例1所述lig/柔性薄膜和可拉伸lig/pi柔性加热器的应力应变曲线以及电阻变化曲线图；
48.图14为实施例1所述lig/pi柔性加热器在不同输入电压下的平均温度与时间的函数关系曲线；
49.图15为实施例2所述lig/pi柔性加热器在不同输入电压下的平均温度与时间的函数关系曲线；
50.图16为实施例1所述lig/pi柔性加热器在恒定电压(10v)输入条件下在不同形变时的温度-时间响应曲线；
51.图17为实施例1所述lig/pi柔性加热器在0％和100％两种应变下情况的红外热成像图像和电阻变化保持效果图。
52.图18为实施例2所述lig/pi柔性加热器在x方向和y方向的延伸率从0％到20％时
的平均温度变化和红外热成像图像。
具体实施方式
53.本发明提供了一种可大尺度形变的柔性薄膜，所述可大尺度形变的柔性薄膜在厚度方向上包括层叠设置的激光诱导石墨烯层和柔性聚合物层；
54.所述柔性薄膜为剪纸结构。
55.本发明对所述柔性聚合物层的材质没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的材质即可。在本发明的具体实施例中，所述柔性聚合物层具体为聚酰亚胺薄膜(pi)。
56.在本发明中，所述激光诱导石墨烯层的厚度优选为25～250μm，更优选为25～100μm，最优选为50μm。
57.在本发明中，所述剪纸结构优选为一字型构成的阵列结构、类螺旋桨型构成的阵列结构或圆弧形构成的阵列结构。
58.在本发明中，所述一字型构成的阵列结构中的相邻两行的一字型优选交错排列；每间隔一行的两行一字型优选呈矩阵型排列(如图4所示)。在本发明中，所述一字型构成的阵列结构中每行中的相邻两个一字型之间的距离为a，所述a的取值范围优选为a≥1mm，更优选为1≤a≤10mm，最优选为2mm；相邻两行的行间距为d，所述d的取值范围优选为0.1≤d≤10mm，更优选为0.1≤d≤5，最优选为0.5mm；所述一字型的长度为l，所述l的取值范围优选为l≥2mm，更优选为2≤l≤50mm，最优选为6mm。
59.在本发明中，所述类螺旋桨型构成的阵列结构中的人字形优选由一个交叉点和由所述交叉点沿三个方向延伸的三条直线构成(如图5所示)；所述三条直线的长度和相邻两条直线的夹角均优选为120
°
。在本发明中，所述三条直线的长度为b，所述b的取值范围优选为b≥1.5mm，更优选为2≤b≤10，最优选为2.25mm；以相同高度的交叉点为一行，每行中相邻两交叉点之间的间距为s，所述s的取值范围优选为s≥3mm，更优选为4mm≤s≤20mm，最优选为5mm。
60.在本发明中，所述圆弧形构成的阵列结构优选为同心圆结构；所述圆弧形的圆心角为θ，所述θ的取值范围优选为10
°
≤θ≤90
°
，更优选为20
°
≤θ≤60
°
，最优选为30
°
；由内到外相邻两圆弧构成的同心圆之间的半径差为δr，所述δr的取值范围优选为2mm≤δr≤50mm，更优选为2mm≤δr≤20mm，最优选为4mm；所述同心圆结构的最大圆的半径为r1，所述r1的取值范围优选为r1≥10mm，更优选为20mm≤r1≤50mm，最优选为20mm；所述同心圆结构的最小圆的半径为r0，所述r0的取值范围优选为r0≥2mm，更优选为4mm≤r1≤10mm，最优选为4mm。
61.本发明提供了一种上述技术方案所述柔性薄膜的制备方法，包括以下步骤：
62.采用激光诱导的方法，在柔性聚合物层的一侧表面制备激光诱导石墨烯层，得到激光诱导石墨烯层(lig)/柔性聚合物层；
63.按照设定的剪纸结构，对所述激光诱导石墨烯层/柔性聚合物层进行激光切割，得到所述柔性薄膜。
64.在本发明中，若无特殊说明，所有制备原料均为本领域技术人员熟知的市售产品。
65.本发明对所述柔性聚合物层的来源和种类没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的市售产品。
66.在本发明中，所述激光诱导的激光功率优选为1～75w，更优选为5～25w，最优选为10.75w；扫描速率优选为254～5080mm/s，更优选为508～2540mm/s，最优选为889mm/s；图像密度优选为100～1000ppi，更优选为500～1000ppi，最优选为500ppi。在本发明中，所述激光诱导优选采用光栅模式进行，更优选以50～200μm的线间距进行逐行划线扫描，最优选为以100μm的线间距进行逐行划线扫描。
67.在本发明中，所述激光切割的激光功率优选为2～75w，更优选为5～20w，最优选为7.5w；扫描速率优选为127～508mm/s，更优选为127～254mm/s，最优选为254mm/s；图像密度优选为100～1000pi，更优选为500～1000ppi，最优选为500ppi。在本发明中，所述激光诱导优选采用激光矢量模式进行。
68.本发明还提供了上述技术方案所述的可大尺度拉伸的柔性薄膜或上述基础方案所述的制备方法制备得到的可大尺度拉伸的柔性薄膜在制备柔性电加热器中的应用。在本发明中，所述柔性加热器优选为可穿戴柔性热理疗电加热器。
69.本发明还提供了一种柔性电加热器的制备方法，包括以下步骤：
70.将所述柔性薄膜的长边涂覆导电银浆，所述导电银浆覆盖所述可大尺度形变的柔性薄膜中柔性聚合物层和激光诱导石墨烯层之间的接洽处，形成蛇形导电通路；
71.在所述蛇形导电通路的两个对角位置安装集流体电极后，所述导电通路和集流体电极的连接处用导电银浆进行覆盖后，封装，得到所述柔性电加热器(lig/pi柔性加热器)。
72.在本发明中，所述封装优选为在所述激光诱导石墨烯层侧封装弹性聚合物层；在所述柔性聚合物层侧封装粘贴层。本发明对所述弹性聚合物层和粘贴层的材料种类没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的种类即可。在本发明的具体实施例中，所述弹性聚合物层具体为ecoflex硅橡胶；所述粘贴层具体为3m vhb双面胶。
73.本发明对所述封装的过程没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的过程进行即可。在本发明的具体实施例中，所述封装的方式为旋涂。
74.本发明还提供了上述技术方案所述的制备方法制备得到的柔性电加热器。
75.下面结合实施例对本发明提供的可大尺度形变的柔性薄膜及其制备方法和应用、柔性电加热器及其制备方法进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
76.实施例1
77.按照图1所示的流程，设定激光功率为10.75w，扫描速率为889mm/s，图像密度为500ppi，采用光栅模式在pi柔性聚合物层的一侧表面以50μm的线间距进行逐行划线扫描，制备得到的70
×
45mm2的未进行激光切割的lig/pi复合薄膜；
78.按照图4所示的剪纸结构，其中a＝2mm，l＝6mm，d＝0.5mm，设定激光功率为7.5w，扫描速率为254mm/s，图像密度为500ppi，采用激光矢量模式对所述未进行激光切割的lig/pi复合薄膜进行激光切割，得到lig/pi复合薄膜；
79.在所述lig/pi复合薄膜的长边两侧涂覆导电银浆，所述导电银浆覆盖所述pi柔性聚合物层和激光诱导石墨烯层之间的接洽处，得到蛇形导电通路；在所述蛇形导电通路的两个对角位置安装铜箔电极后，所述导电通路和铜箔电极的连接处用导电银浆进行覆盖，最后在所述lig/pi复合薄膜的pi侧面贴vhb双面胶，然后在lig侧旋涂一层100μm的硅橡胶ecoflex后，100℃固化30min，实现对所述lig/pi复合薄膜的封装，得到所述lig/pi柔性加
热器；
80.图2为所述lig/pi柔性加热器的单向拉伸形变，由图2可知，所述一字型图案切割得到的lig/pi柔性加热器至少可以拉伸形至100％的形变，并不破坏其结构。
81.图14为所述lig/pi柔性加热器在不同输入电压下的平均温度与时间的函数关系曲线，由图14可知，根据焦耳热定律p＝u2/r，随着输入电压的增加，总输入电功率变得更高，从而导致更高的稳态温度。加热器在10v电压输入下可以实现》30℃的温升，这对于热疗来说是足够的，并且电压在人体安全范围内。对于加热器来说，另一个重要的参数是温度达到平衡阶段的速度有多快。这里，我们将t0定义为环境温度，δt定义为ts-t0，温升时间tr定义为从电源开启到温度超过90％δt的总时间；从图14的插入图可以看出，在大多数情况下，tr小于60s，而温度斜坡率r＝90％δt/tr，且δt随着输入电压的增加而升高。高升温速率和短升温时间确保了用户在通电后立即对治疗部位进行预热；
82.将所述lig/pi柔性加热器在拉伸试验机(e44.104,mts systems corp.)上循环1000次拉伸至形变的60％，测量并记录拉伸过程中柔性加热器的应力大小，在拉伸过程中用直流电源表(keithley 2260)为所述lig/pi柔性加热器提供恒定的电压(10v)，并且测量其拉伸过程中的电阻变化，并用红外热像仪(flir t420)测试并记录整个循环过程中加热器的温度，测试结果如图11所示，其中左上图为循环拉伸前后的红外成像对比图和循环过程中的电阻的变化情况，右图为循环拉伸过程中最后5圈的电阻变化图，由图11可知，1000次循环后，所述lig/pi柔性加热器的最大相对电阻变化约为13％，电阻可大致恢复到原始状态。60％应变下的应力稳定在～0.1mpa，在1000个循环后几乎没有应力松弛。因此，有理由认为所述lig/pi柔性加热器在移动的人体上进行长时间拉伸和释放循环是可靠的；
83.图16为所述lig/pi柔性加热器在恒定电压(10v)输入条件下在不同形变时的温度-时间响应曲线，由图16可知，应变越大，ts(通电后加热器的稳态温度)和r(温度斜坡率r＝90％δt/tr，其中δt为加热器的稳态温度与环境温度只差)越低。然而，tr(温升时间，定义为从电源开启到温度超过90％δt的总时间)在60秒内仍然可以保持在相对较低的水平，这意味着大变形对所制备的柔性加热器的预热时间几乎没有影响；
84.将所述lig/pi柔性加热器贴覆在人体的肘关节处，用直流电源表(keithley 2260)为柔性加热器提供恒定的电压(10v)，使加热器产生热量来加热人体的皮肤，用红外热像仪(flir t420)测试并记录肘部在不同弯曲状态时加热器的温度，其红外成像结果如图6所示，由图6可知，所述lig/pi柔性加热器可以很好的贴敷于人体的表皮，而且能很好的匹配肘关节弯曲和伸张时表皮的运动。当输入10v的电压时，加热器可以均匀加热而且最高温度达到40℃，并且在最大弯曲状态即加热器的大尺寸变形时，也保持了稳定的加热温度，表明本发明所述的lig/pi柔性加热器可以对人体起到很好的加热理疗作用；
85.将所述lig/pi柔性加热器贴覆在人体的腕关节处，用直流电源表(keithley 2260)为柔性加热器提供恒定的电压(10v)，使加热器产生热量来加热人体的皮肤，用红外热像仪(flir t420)测试并记录腕部在不同弯曲状态时加热器的温度，其红外成像结果如图7所示，其中，左图为红外成像图，右图为腕部在进行10次弯曲回复过程中的温度波动图，由图7可知，所述lig/pi柔性加热器可以很好的贴敷于人体的表皮，而且能很好的匹配腕关节处表皮的运动。当输入10v的电压时，加热器可以均匀加热而且最高温度达到～39℃，并且在腕部关节弯曲至极限位置的多次重复弯曲回复过程中，加热温度只表现出上下1℃的
波动，表明本发明所述的lig/pi柔性加热器在加热理疗过程中可以保持很好的热稳定性；
86.实施例2
87.按照图1所示的流程，设定激光功率为10.75w，扫描速率为889mm/s，图像密度为500ppi，采用光栅模式在pi柔性聚合物层的一侧表面以50μm的线间距进行逐行划线扫描，制备得到的70
×
45mm2的未进行激光切割的lig/pi复合薄膜；
88.按照图5所示的剪纸结构，其中b＝2.25mm，s＝5mm，设定激光功率为7.5w，扫描速率为254mm/s，图像密度为500ppi，采用激光矢量模式对所述未进行激光切割的lig/pi复合薄膜进行激光切割，得到lig/pi复合薄膜；
89.在所述lig/pi复合薄膜的宽边两侧涂覆导电银浆，所述导电银浆覆盖所述pi柔性聚合物层和激光诱导石墨烯层之间的接洽处，得到蛇形导电通路；在所述蛇形导电通路的两个对角位置安装铜箔电极后，所述导电通路和铜箔电极的连接处用导电银浆进行覆盖，最后在所述lig/pi复合薄膜的pi侧面贴vhb双面胶，然后在lig侧旋涂一层250μm的硅橡胶ecoflex后，100℃固化30min，实现对所述lig/pi复合薄膜的封装，得到所述lig/pi柔性加热器；
90.图3为所述lig/pi柔性加热器的双向拉伸形变，由图3可知，类螺旋桨图案剪切的lig/pi柔性加热器可以实现双向的拉伸形变，在长边方向(x方向)和宽边方向(y方向)都可以至少拉伸至15％的形变。
91.图15为所述lig/pi柔性加热器在不同输入电压下的平均温度与时间的函数关系曲线，由图15可知，基于lig的不同剪纸图案的柔性加热器件的独特优势；
92.将所述lig/pi柔性加热器贴覆在人体背部的肩胛骨处的表皮上，用直流电源表(keithley 2260)为柔性加热器提供恒定的电压(25v)，使加热器产生热量来加热人体的皮肤，用红外热像仪(flir t420)测试并记录背部在不同伸张状态时加热器的温度，其红外成像结果如图8所示，由图8可知，所述lig/pi柔性加热器可以很好的贴敷于人体背部的表皮，而且能很好的匹配后背皮肤的多方向运动。当输入25v的电压时，加热器可以均匀加热而且最高温度达到40℃，并且在后背进行扩张变形过程中也保持了稳定的加热温度，表明本发明所述的lig/pi柔性加热器可以对人体起到很好的加热理疗作用。
93.实施例3
94.按照图1所示的流程，设定激光功率为10.75w，扫描速率为889mm/s，图像密度为500ppi，采用光栅模式在pi柔性聚合物层的一侧表面以50μm的线间距进行逐行划线扫描，制备得到的70
×
45mm2的未进行激光切割的lig/pi复合薄膜；
95.按照图9所示的剪纸结构，其中，圆心角θ＝30
°
，半径差δr为4mm，最大圆的半径r1为20mm，最小圆半径r0为4mm，设定激光功率为7.5w，扫描速率为254mm/s，图像密度为500ppi，采用激光矢量模式对所述未进行激光切割的lig/pi复合薄膜进行激光切割，得到lig/pi复合薄膜；
96.在所述lig/pi复合薄膜的宽边两侧涂覆导电银浆，所述导电银浆覆盖所述pi柔性聚合物层和激光诱导石墨烯层之间的接洽处，得到蛇形导电通路；在所述蛇形导电通路的两个对角位置安装铜箔电极后，所述导电通路和铜箔电极的连接处用导电银浆进行覆盖，最后在所述lig/pi复合薄膜的pi侧面贴vhb双面胶，然后在lig侧旋涂一层100μm的硅橡胶ecoflex后，100℃固化30min，实现对所述lig/pi复合薄膜的封装，得到所述lig/pi柔性加
热器；
97.将所述lig/pi柔性加热器贴覆在人体肩部的三角肌部位的表皮上，用直流电源表(keithley 2260)为柔性加热器提供恒定的电压(30v)，使加热器产生热量来加热人体的皮肤，用红外热像仪(flir t420)测试并记录人体肩部在不同伸缩状态时加热器的温度，其红外成像结果如图10所示，由图10可知，所述lig/pi柔性加热器可以很好的贴敷于人体肩部的表皮，而且能很好的匹配肩部皮肤的平面外运动。无论是提升手臂还是放下手臂，所述加热器的温度分布的均匀性都非常相似，这表明所述手臂的上下运行几乎不会影响所述加热器的加热性能。
98.实施例4
99.按照图1所示的流程，设定激光功率为10.75w，扫描速率为889mm/s，图像密度为500ppi，采用光栅模式在pi柔性聚合物层的一侧表面以50μm的线间距进行逐行划线扫描，制备得到的40
×
35mm2的未进行激光切割的lig/pi复合薄膜；
100.按照图5所示的剪纸结构，其中b＝2.25mm，s＝5mm，设定激光功率为7.5w，扫描速率为254mm/s，图像密度为500ppi，采用激光矢量模式对所述未进行激光切割的lig/pi复合薄膜进行激光切割，得到lig/pi复合薄膜；
101.在所述lig/pi复合薄膜的宽边两侧涂覆导电银浆，所述导电银浆覆盖所述pi柔性聚合物层和激光诱导石墨烯层之间的接洽处，得到蛇形导电通路；在所述蛇形导电通路的两个对角位置安装铜箔电极后，所述导电通路和铜箔电极的连接处用导电银浆进行覆盖，最后在所述lig/pi复合薄膜的pi侧面贴vhb双面胶，然后在lig侧旋涂一层250μm的硅橡胶ecoflex后，100℃固化30min，实现对所述lig/pi复合薄膜的封装，得到所述lig/pi柔性加热器；
102.将所述lig/pi柔性加热器贴覆在吹胀的气球上(直径约为17cm)，用直流电源表(keithley 2260)为柔性加热器提供恒定的电压(20v)，使加热器产生热量，用红外热像仪(flir t420)测试并记录加热器的温度。然后，继续向气球中注入气体，使气球的体积扩大(直径约为25mm)，其红外成像结果如图12所示，由图12可知，所述lig/pi柔性加热器可以很好的贴敷在膨胀气球的曲面上，气球体积膨胀后lig/pi柔性加热器中的剪纸结构产生了明显的位移，很好的匹配了气球体积的膨胀。膨胀前后，多方向上的lig/pi柔性加热器可以保持均匀的温度分布。
103.利用拉伸试验机(e44.104,mts systems corp.)通过拉伸测试分析实施例1所述的lig/pi复合薄膜和lig/pi柔性加热器在形变过程中的温度变化，利用电源表(keithley 2260)为柔性加热其提供恒定的电压分析其在不同输入电压下的温度响应以及在恒定输入功率下，不同形变时的温度响应，测试结果如图13所示，由图13可知，封装后的lig/pi复合薄膜(lig/pi柔性加热器)比未封装的lig/pi复合薄膜的模量高5倍，这可能是因为覆盖物的约束限制了平面外变形，因此，lig上发生的较大应力导致电阻的较大变化。但是需要说明的是即使加热器的模量变得更大，它仍然与人体皮肤的模量(0.42～0.85mpa)相当，这意味着加热器几乎不会阻碍关节和皮肤的自由运动；将实施例2～4所述的lig/pi复合薄膜和lig/pi柔性加热器进行相同测试，测试结果与实施例1类似；
104.通过kickstart软件测试拉伸过程中实施例1～2所述lig/pi柔性加热器温度和电阻的变化来分析剪纸结构图案化的lig/pi柔性加热器的加热效果的保持效果，测试结果如
图17～18所示(图17为实施例1，图18为实施例2)，其中图17中的a图为所述lig/pi柔性加热器在0％和100％两种应变下情况的红外热成像图像，很明显两种条件下加热器的温度分布都非常均匀，这是因为柔性聚合物覆盖层起到了温度均匀器的作用，上下两层的柔性聚合物可以将热量传导到剪纸结构的切割线上的那些区域，而这些区域不会产生热能。因此，即使在100％应变下，整个加热器也显示出均匀的温度分布。此外，与拉伸后由于结构变形会出现明显间隙的未封装的裸露的剪纸结构加热器相比，底部的聚合物覆盖层可以提供更大的有效加热区域与被加热物体接触。同时，实验结果和仿真结果都表明，当电压输入保持在10v时，随着拉伸形变从0％增加到100％时，δt从28.8℃下降到11.5℃。这一方面是因为当加热器被拉伸时，其散热面积扩大，更多的热能被传递到周围环境。另一方面，前面的研究表明，加热器的电阻会随着拉伸而增加。使用固定电压输入时，总电功率输入将下降；为了找出主要原因，我们通过有限元仿真，分别假设有限元模型中的电导率为常数和随着应变而变化的变量。当电导率为常量时，可能导致温度下降的主要因素就只有散热面积增大。对比发现，与电导率为常量的情况相比，柔性加热器的温度下降仅减少约10％(图17b)，这就表明，拉伸过程中柔性加热器面积的增加而引起的散热面积的扩大是引起温度下降的主要原因。在实际应用中，一种可能的解决方案是在电源中引入反馈控制，并在延长加热器时提供更高的输入功率，这将补偿额外的散热。同时，当加热器与被加热物体贴附时，形变过程中的热量也会有一部分转移到被加热物体表面，并不是完全的耗散。类似地，图18a和图18b分别展示了多向可拉伸加热器在x方向和y方向的延伸率从0％到20％时的平均温度变化和红外热成像图像。输入功率固定为20v的恒定值，即使最大应变为20％时的δt仍高于10℃。综上所述，在大应变条件下，加热器可以快速升温并保持均匀的温度分布。
105.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。