CN109402818A - 一种基于液态金属的导电微米纤维及其制备和应用 - Google Patents

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Abstract

一种基于液态金属的导电微米纤维，包括内核纤维、中间粘胶和外金属的三层结构。其中，内核纤维作为核心载体提供了基本纤维结构，不同的内核纤维自身所带有的性质使得制备得到的导电微米纤维兼具有纤维自身不同的性能；中间粘胶起重要的粘连作用，使内核纤维与外金属紧密结合；外金属则赋予了微米纤维全新的电学特性，创造制备出的微米纤维具有优越的导电性能；基于液态金属的导电微米纤维制备简单，功能多样，在柔性电子，智能织物等领域具有巨大的应用价值。

Description

一种基于液态金属的导电微米纤维及其制备和应用
技术领域
本发明属于电子电学技术领域，特别涉及一种基于液态金属的导电微米纤维及其制备和应用。
背景技术
自人类发现并学会了利用电以来，有关电的每一项重大发现都引起广泛的实用研究，电的使用极大的推动了人类社会的进步，也彻底改变了人类的生活。各种功能的电子元器件更是构建复杂功能电子系统的基础。其中，导电纤维作为一种电子功能器件具有优异的导电、导热、屏蔽吸收电磁波等功能，被广泛的应用于电子及电力行业的导电网；精密电子行业的电磁屏蔽罩；智能电子纺织品等。现有的导线纤维，一般指通过采用混溶、蒸镀、电镀和复合纺丝等方法在聚合物中混入导电介质所纺制成的化学纤维或金属纤维、碳纤维等；制备复杂，且成本高昂。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于液态金属的导电微米纤维及其制备和应用，具有制备简单，成本低，性能优越等诸多优势，可发展设计成以此为基础的各种功能器件，在电子电学领域具有巨大的应用前景。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种基于液态金属的导电微米纤维，其特征在于，包括：
内核纤维1，位于最里层，作为核心载体提供基本纤维结构；
中间粘胶2，位于中间层，起粘连作用，使内核纤维与外金属紧密结合；
外金属3，位于最外层，为常温下呈液态的金属或合金。
所述内核纤维1可为各种植物纤维、动物纤维、化学纤维或弹性橡胶纤维等，所述中间粘胶2可为胶水基胶粘剂、溶剂型胶、高分子胶或复合型结构胶等多种类型。
植物纤维，如：棉，木棉，竹纤维等；动物竹纤维，如：兔毛，绵羊毛，蚕丝等；化学纤维，如：涤纶，尼龙，腈纶等。
所述外金属3为金属单质镓以及镓的二元、三元、四元合金中的一种或多种。合金中，除镓外，其它金属为铟、锡、锌和铋中的一种或多种。如：二元合金：镓铟，镓锡等；三元合金：镓铟锌，镓铟铋等；四元合金：镓铟锡锌。
本发明还提供了所述基于液态金属的导电微米纤维的制备方法，包括如下步骤：
1)内核纤维的制备；
处理原料纤维，得到微米纤维；
2)内核纤维上胶；
3)中间粘胶干燥；
4)外金属包覆；
将上完胶并干燥好的微米纤维取出拉直并固定好，将液态金属包覆于上完胶并干燥好的微米纤维上；
5)再干燥。
所述步骤1)中：
对自身就是微米级的纤维，可直接备用，如：动物纤维(毛发类，蚕丝等)；
对多股合并的纤维，先机械分丝成微米纤维，然后备用，如：腈纶纤维，涤纶纤维；
或用纺丝技术自行制备各种微米级的纤维，如：静电纺丝技术；
将备用的微米纤维拉直并两端固定。
所述步骤2)中：
采用喷淋、浸泡或刷涂等方式将中间粘胶上到拉直并固定的微米纤维上；
所述步骤4)中：
采用喷淋、浸泡或刷涂等方式将液态金属包覆于微米纤维上。
所述步骤3)和步骤5)中：干燥条件均为50℃，15min，可在干燥箱中实施。
本发明所得基于液态金属的导电微米纤维为基础的各种功能器件。
诸如：阻变型传感器、力敏感传感器、微米纤维电感线圈、纤维型电容器、断路自保护器等一系列基于此液态金属微米导电纤维发展的功能器件。
与现有技术相比，本发明制备工艺简单；易于制备，且制备成本低廉；可实现微米尺度的具有不同性能的微米导电纤维。
附图说明
图1是本发明基于液态金属的微米导电纤维结构示意图。
图2是本发明实施例4高弹性导电纤维防护网结构示意图。
图3是本发明实施例5将液态金属微米纤维编制嵌入织物的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案更加清楚，下面将结合本发明实施例对本发明的技术方案进一步实描述。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，不用于限制本发明的范围。本领域相关研究人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当落入本发明保护的范围。
实施例1：
图1是本发明一种基于液态金属的导电微米纤维实施方式的结构示意图；所述的基于液态金属的导电微米纤维包括：内核纤维1，中间粘胶2和外金属3。
所述的内核纤维1作为核心载体提供了基本纤维结构，其材质可为各种植物纤维、动物纤维、化学纤维、弹性橡胶纤维等。植物纤维，如：棉，木棉，竹纤维等；动物竹纤维，如：兔毛，绵羊毛，蚕丝等；化学纤维，如：涤纶，尼龙，腈纶等。
所述的中间粘胶2起重要的粘连作用，使内核纤维与外金属紧密结合。所用的胶可为多种类型，如：胶水基胶粘剂、溶剂型胶、高分子胶、复合型结构胶等。
所述的外金属3为常温下呈液态的金属或合金；如：金属单质镓、或者铟、锡、锌、铋等金属与镓形成的二元、三元、四元合金中的一种或多种，如：二元合金：镓铟，镓锡等；三元合金：镓铟锌，镓铟铋等；四元合金：镓铟锡锌。
在本实施例的具体实现中，所述的内核纤维1为超高强聚乙烯纤维(乙纶)；使用的中间粘胶2为聚丙烯酸脂为主要的成分的水基胶粘剂；外金属3为镓铟二元液态金属合金。
制备过程为：
1)内核纤维1的制备。截取一定长度的100um的超高强聚乙烯纤维，将其拉直并两端固定备用。
2)上胶。采用浸泡方式将聚丙烯酸脂为主要的成分的水基胶粘剂倒在拉直并固定的微米纤维上，使其完全浸没。
3)干燥。将上完中间粘胶的微米纤维放入干燥箱中干燥15分钟，干燥温度为50摄氏度。
4)外金属3包覆。将上完胶并干燥好的微米纤维取出拉直并固定好；接着，采用刷涂方式将镓铟液态金属刷涂于上完胶、并干燥好的微米纤维上。
5)再干燥。将包覆外金属3的微米纤维再次放入干燥箱中干燥15分钟，干燥温度为50摄氏度。
本实施例制得的基于液态金属的导电微米纤维具有优异的导电性能。同时超高强聚乙烯纤维弹性模量可达110N/tex，强度可达3.5N/tex，同等截面条件下比强度是钢丝的十几倍，使制得的基于液态金属的导电微米纤维兼具具有超高强聚纤维的独特特性：断裂伸长低，断裂功大，有很强的能量吸收能力，能在大拉力作用下不被拉伸、不断裂、不变性，具有突出的抗冲击性。
实施例2：本实施例的具体实施中，内核纤维1使用的是单丝棉线纤维，其余组分和制备方法与实施例1一致；其结构示意图与图1一致。这里使用单丝棉线作为内核纤维1制备得到的基于液态金属的导电微米纤维具有小弹性，微小强度等特点；在一定微小力的作用下维持正常工作形态，当作用力大时，使得导电微米纤维被物理拉断，这种性能可有效设计发展成对力敏感的断路自保护系统。
实施例3：本实施例的具体实施中，内核纤维1使用的是弹性橡筋纤维，其余组分和制备方法与实施例1一致；其结构示意图与图1一致。本实施例制备得到的基于液态金属的导电微米纤维具有超强的弹性，拉伸长度可达自身的500％，在柔性电子，柔性电路中具有巨大的应用前景。
实施例4：其结构示意图如图2，本实施例是以实施例3制得的导电微米纤维为基础编制成的高弹性导电纤维防护网，可披覆于物体表面用于电磁屏蔽等。
实施例5：其结构示意图如图3，本实施例是以实施例1制得的导电微米纤维为基础开发的防静电工作服，通过将液态金属微米纤维编制嵌入织物中，通过电子传导和电晕放电来消除静电。

Claims (10)

1.一种基于液态金属的导电微米纤维，其特征在于，包括：
内核纤维(1)，位于最里层，作为核心载体提供基本纤维结构；
中间粘胶(2)，位于中间层，起粘连作用；
外金属(3)，位于最外层，为常温下呈液态的金属或合金。
2.根据权利要求1所述基于液态金属的导电微米纤维，其特征在于，所述内核纤维(1)为植物纤维、动物纤维、化学纤维或弹性橡胶纤维，所述中间粘胶(2)为胶水基胶粘剂、溶剂型胶、高分子胶或复合型结构胶。
3.根据权利要求1所述基于液态金属的导电微米纤维，其特征在于，所述植物纤维为棉、木棉或竹纤维；动物竹纤维为兔毛、绵羊毛或蚕丝；化学纤维为涤纶、尼龙或腈纶。
4.根据权利要求1所述基于液态金属的导电微米纤维，其特征在于，所述外金属(3)为金属单质镓以及镓的二元、三元、四元合金中的一种或多种。
5.根据权利要求4所述基于液态金属的导电微米纤维，其特征在于，所述二元、三元、四元合金中，除镓外，其它金属为铟、锡、锌和铋中的一种或多种。
6.权利要求1所述基于液态金属的导电微米纤维的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)内核纤维的制备；
处理原料纤维，得到微米纤维；
2)内核纤维上胶；
3)中间粘胶干燥；
4)外金属包覆；
将上完胶并干燥好的微米纤维取出拉直并固定好，将液态金属包覆于上完胶并干燥好的微米纤维上；
5)再干燥。
7.根据权利要求6所述基于液态金属的导电微米纤维的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中：
对自身就是微米级的纤维，直接备用；
对多股合并的纤维，先机械分丝成微米纤维，然后备用；
或用纺丝技术自行制备各种微米级的纤维；
将备用的微米纤维拉直并两端固定。
8.根据权利要求6所述基于液态金属的导电微米纤维的制备方法，其特征在于，所述步骤2)中：
采用喷淋、浸泡或刷涂的方式将中间粘胶上到拉直并固定的微米纤维上；
所述步骤4)中：
采用喷淋、浸泡或刷涂的方式将液态金属包覆于微米纤维上；
所述步骤3)和步骤5)中：干燥条件均为50℃，15min。
9.权利要求1所述基于液态金属的导电微米纤维在功能器件中的应用。
10.根据权利要求9所述应用，其特征在于，所述功能器件包括阻变型传感器、力敏感传感器、微米纤维电感线圈、纤维型电容器、断路自保护器以及柔性电路。
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