CN105674777A - 一种基于液态金属的智能器件 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于液态金属的智能器件，涉及智能材料器件技术领域，所述智能器件包括：绝缘材料制成的主体，所述主体内设有用于储存溶液的溶液池和用于储存液态金属的液态金属池，所述溶液池和液态金属池之间通过至少一条流道连通，所述液态金属池中设有第一电极，各流道中分别设有与所述第一电极极性相反的第二电极。本发明中可简单地通过在第一电极和第二电极上施加电压来调整主体的导电性或导热性，还可调整主体的力学刚度特性，从而能够满足特殊场合的需求，并且结构紧凑，便于灵活布设。

Description

一种基于液态金属的智能器件
技术领域
本发明涉及智能材料器件技术领域，特别涉及一种基于液态金属的智能器件。
背景技术
导热器件或者导电器件在很多领域有广泛应用。但是一般器件的导电性、导热性是确定的。在一些特殊场合中，所需器件的导电性或导热性需要根据条件做出改变，以完成特定任务，但现有技术中缺少能够实现导电性或导热性变化的器件。
针对这些特殊需求，提供一种能够改变导热性或导电性的智能器件是需要解决的问题。
发明内容
鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种基于液态金属的智能器件。
依据本发明的一个方面，提供了一种基于液态金属的智能器件，所述智能器件包括：绝缘材料制成的主体，所述主体内设有用于储存溶液的溶液池和用于储存液态金属的液态金属池，所述溶液池和液态金属池之间通过至少一条流道连通，所述液态金属池中设有第一电极，各流道中分别设有与所述第一电极极性相反的第二电极。
可选地，在所述第一电极和第二电极上施加电压时，所述液态金属从所述液态金属池中流入所述流道；
在所述第一电极和第二电极上施加反向电压时，所述液态金属从所述流道中流回所述液态金属池。
可选地，所述绝缘材料包括：硬性绝缘材料或柔性绝缘材料。
可选地，所述硬性绝缘材料为环氧树脂、塑料、二氧化硅或聚四氟乙烯。
可选地，所述柔性绝缘材料为聚二甲基硅氧烷PDMS。
可选地，所述第一电极和第二电极的材料为金、银、钛、镍或石墨。
可选地，所述溶液为碱性溶液或盐溶液。
可选地，所述液态金属为低熔点金属或由至少两种低熔点金属组成的合金。
可选地，所述低熔点金属为镓、铟、锡、铋或汞。
可选地，所述流道的宽度小于5mm。
本发明中可简单地通过在第一电极和第二电极上施加电压来调整主体的导电性或导热性，还可调整主体的力学刚度特性，从而能够满足特殊场合的需求，并且结构紧凑，便于灵活布设。
附图说明
图1是本发明一种实施方式的基于液态金属的智能器件的结构示意图；
图2是图1所示的智能器件沿A-A方向的截面放大图；
图3是本发明一种实施方式的基于液态金属的智能器件的截面放大图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
图1是本发明一种实施方式的基于液态金属的智能器件的结构示意图；图2是图1所示的智能器件沿A-A方向的截面放大图；参照图1～2，所述智能器件包括：绝缘材料制成的主体1，所述主体1内设有用于储存溶液2的溶液池5和用于储存液态金属3的液态金属池6，所述溶液池5和液态金属池6之间通过至少一条流道7连通，所述液态金属池6中设有第一电极4-1，各流道7中分别设有与所述第一电极4-1极性相反的第二电极4-2。
可理解的是，由于所述第一电极4-1设于所述液态金属池6中，能够保证电可以有效连接。
在所述第一电极4-1和第二电极4-2上施加电压(即第一电极接正极，第二电极接负极)时，所述液态金属3从所述液态金属池6中流入所述流道7，由于所述流道7中填充有液态金属3，故而，所述主体1沿Z方向和Y方向上的导热率得到提升。
并且，由于流道7中填充有液态金属3，故而，沿Y方向上的导电率也得到提升；
另外，还可对所述液态金属3进行冷却固化，从而迅速提高主体1的力学刚度特性，从而满足特殊需求。
在所述第一电极4-1和第二电极4-2上施加反向电压时，所述液态金属3从所述流道7中流回所述液态金属池6，由于所述流道7中未填充液态金属，故而，所述主体1沿Z方向和Y方向上的导热率会降低，并且沿Y方向上的导电率也会降低，另外，主体1的力学刚度特性也会降低。
本实施方式中可简单地通过在第一电极和第二电极上施加电压来调整主体的导电性或导热性，还可调整主体的力学刚度特性，从而能够满足特殊场合的需求，并且结构紧凑，便于灵活布设。
可理解的是，所述主体1的材料可灵活选择，可以是硬性绝缘材料，也可以是柔性绝缘材料，从而可以很容易地布置在需要改变导热率的地方。
在具体实现中，所述硬性绝缘材料可为环氧树脂、塑料、二氧化硅或聚四氟乙烯，当然，还可为其他硬性绝缘材料，本实施方式对此不加以限制。
在具体实现中，所述柔性绝缘材料可为聚二甲基硅氧烷PDMS，当然，还可为其他柔性绝缘材料，本实施方式对此不加以限制。
需要说明的是，所述第二电极4-2的位置可灵活布置，从而，可以驱动液态金属池中的液态金属部分填充流道，由或是全部填充流道，使所设计的智能器件适应不同的导热性或导电性需求，另外，所述第二电极4-2的数量通常与流道7的数量相同，所述流道7通常设置为1～100，当然，还可设置为其他数量，本实施方式对此不加以限制。
为便于对所述流道7中的液态金属进行控制，本实施方式中，所述流道的宽度通常小于5mm，当然，还可设置为其他宽度，本实施方式对此不加以限制。
为提高电极的使用寿命，本实施方式中，所述第一电极4-1和第二电极4-2的材料为金、银、钛、镍或石墨等材料制成，当然，还可采用其他材料，本实施方式对此不加以限制。
由于液态金属是一种有良好导电性和导热性，又在常温下处于液态的材料，略作冷却后可以转换成强度很高的固体，因此可以将其填充到材料中改变其导电和导热乃至力学特性，但是一般的填充方法获得的结果是不可逆的，也就是说永久性地改变了其性质。而在这里我们根据液态金属在溶液中的驱动特性可以使液态金属在填充到另一种非导电材料之后又能回归到原先的状态，从而实现一种热学、电学、力学性能得到操控的智能器件。
这种智能器件可以应用到一些生物领域，比如PCR等设备，在加热的时候需要导热性好的材料使之很快加热，加热之后需要导热性差，从而利于保温。
可理解的是，所述溶液为碱性溶液或盐溶液，所述碱性溶液可采用NaOH溶液或Na2SO4溶液，当然，还可采用其他碱性溶液，所述盐溶液可采用NaCl溶液，当然还可采用其他盐溶液。
在具体实现中，所述液态金属为低熔点金属或由至少两种低熔点金属组成的合金，所述低熔点金属为镓、铟、锡、铋或汞，当然，还可为其他低熔点金属，本实施方式对此不加以限制。
所述由至少两种低熔点金属组成的合金为镓铟合金、镓铟锡合金或铋铟锡合金，当然，还可为其他合金，本实施方式对此加以限制。
图3是本发明一种实施方式的基于液态金属的智能器件的截面放大图；参照图3，该实施方式与图2所示的实施方式较为相似，但由于其设置有多个溶液槽5，并且流道呈螺旋状，故而，可改变某一个特定区域的导热性或导电性，当然，还可改变该特定区域的力学刚度特性。
以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (10)

1.一种基于液态金属的智能器件，其特征在于，所述智能器件包括：绝缘材料制成的主体，所述主体内设有用于储存溶液的溶液池和用于储存液态金属的液态金属池，所述溶液池和液态金属池之间通过至少一条流道连通，所述液态金属池中设有第一电极，各流道中分别设有与所述第一电极极性相反的第二电极。
2.如权利要求1所述的智能器件，其特征在于，在所述第一电极和第二电极上施加电压时，所述液态金属从所述液态金属池中流入所述流道；
在所述第一电极和第二电极上施加反向电压时，所述液态金属从所述流道中流回所述液态金属池。
3.如权利要求1～2中任一项所述的智能器件，其特征在于，所述绝缘材料包括：硬性绝缘材料或柔性绝缘材料。
4.如权利要求3所述的智能器件，其特征在于，所述硬性绝缘材料为环氧树脂、塑料、二氧化硅或聚四氟乙烯。
5.如权利要求3所述的智能器件，其特征在于，所述柔性绝缘材料为聚二甲基硅氧烷PDMS。
6.如权利要求1～2中任一项所述的智能器件，其特征在于，所述第一电极和第二电极的材料为金、银、钛、镍或石墨。
7.如权利要求1～2中任一项所述的智能器件，其特征在于，所述溶液为碱性溶液或盐溶液。
8.如权利要求1～2中任一项所述的智能器件，其特征在于，所述液态金属为低熔点金属或由至少两种低熔点金属组成的合金。
9.如权利要求8所述的智能器件，其特征在于，所述低熔点金属为镓、铟、锡、铋或汞。
10.如权利要求1～2中任一项所述的智能器件，其特征在于，所述流道的宽度小于5mm。
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