CN110605400A - 一种液态金属纳米液滴大规模制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种液态金属纳米液滴大规模制备方法，包括以下步骤：(1)将分散剂溶于去离子水中，得澄清溶液；(2)向所述澄清溶液中滴加液态金属和消泡剂，得混合液；(3)向所述混合液中加入锆珠，经研磨后，得到所述液态金属纳米液滴。本发明的液态金属纳米液滴大规模制备方法，解决了现有的液态金属纳米液滴的浓度较低、生产规模和效率低、粒径较大和稳定性较差的问题。

Description

一种液态金属纳米液滴大规模制备方法
技术领域
本发明涉及液态金属纳米液滴技术领域，尤其涉及一种液态金属纳米液滴及其大规模制备方法。
背景技术
液态金属是一类在室温下呈液态的金属材料，具有较高的热导率和电导率，常见液态金属热导率一般为10～40W/(m·K)，比水高出2个数量级，它是金属却又有流体的柔性，在电子产品散热、生物医疗、组织工程、智能硬件、3D打印、柔性电子、人工智能、航空航天等领域都能够发挥极大的作用。
但是，液态金属具有较高的表面张力，在水或氧气中很容易被氧化，因此液态金属液滴很容易相互聚集而产生沉淀，不利于纳米颗粒进行功能化修饰，大大限制了液态金属液滴的应用。同时，现有的技术基础只能小批量的生产液态金属纳米液滴，且生产的液滴粒径较大，稳定性较差。专利200510030135.3利用高压气体物化法制备低熔点金属微粒，但所用设备复杂，生产成本高，且生产的颗粒粒径不均匀。专利201710741135.7生产的液态金属印刷墨水细度约为5～200微米，因其粒径较大只能采用丝网印刷或凹版印刷的方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种液态金属纳米液滴及大规模制备方法，旨在解决现有的液态金属纳米液滴的浓度较低、生产规模和效率低、粒径较大和稳定性较差的问题。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种液态金属纳米液滴大规模制备方法，包括以下步骤：
(1)将分散剂溶于去离子水中，得澄清溶液；
(2)向所述澄清溶液中滴加液态金属和消泡剂，得混合液；
(3)向所述混合液中加入锆珠，经研磨后，得到所述液态金属纳米液滴。
本发明中，利用分散剂包覆液态金属液滴，有效隔离每个液态金属小液滴，防止其团聚和沉淀，有效增强了液态金属纳米液滴的稳定性，从而可以在短时间内大规模地制备液态金属纳米液滴。
进一步地，步骤(1)中，所述分散剂为含有羧基的聚合物，其固体酸值的范围在1～100mg KOH/g之间，优选地酸值范围在10～50mg KOH/g之间，特别优选地酸值范围在20～40mg KOH/g之间。所述分散剂包括但不限于BYK 190、Tego 755、BYK 23160中的一种或几种。
进一步地，步骤(1)中，所述分散剂与去离子水的质量比为(0.1～10):100，优选为1:100。
进一步地，步骤(2)中，所述液态金属为镓、镓铟合金、镓铟锡合金中的一种或几种。所述镓、镓铟合金、或镓铟锡合金可选用市售的所有产品，镓铟合金、镓铟锡合金也可按照现有技术中记载的合金制备方法制备。优选地所述液态金属为镓铟合金，更优选地为Ga60In40、Ga70In30、Ga75In25、Ga75.5In24.5、Ga80In20。
进一步地，步骤(2)中，所述液态金属与澄清溶液的质量比为(0.1～10):100，优选为1:100。
进一步地，步骤(2)中，所述，消泡剂为矿物油型、有机硅型、炔醇动态消泡型、二氧化硅疏水颗粒增强消泡型中的一种或几种，包括但不限于Tego440、BYK 019。
进一步地，步骤(2)中，所述消泡剂与澄清溶液的质量比为(0.1～5):100。
进一步地，步骤(3)中，所述锆珠直径为0.1～0.2mm、0.3～0.4mm、0.5～0.6mm、0.8～1mm中的一种或几种。
进一步地，步骤(3)中，所述锆珠的添加量与混合液的质量比为10：(0.1～10)。
进一步地，步骤(3)中，采用高速分散机研磨，所述研磨的速度为500～10000转/分钟，研磨的时间为1～20小时。
本发明的有益效果：
1.本发明提供了一种简单、低成本的液态金属纳米液滴的大规模制备方法，解决了现有的液态金属纳米液滴的生产规模和效率较低、粒径较大和稳定性较差的问题。并且可以通过调节分散剂和液态金属在溶液中的量来改变溶液的浓度，从而实现不同的分散效果。同时，利用本发明的制备方法，可以将液态金属分散成粒径200纳米以下的液滴，且具有良好的稳定性。
2.本发明可以实现快速、高效率、大规模的制备液态金属纳米液滴，制备的纳米液滴在电子产品散热、生物医疗、组织工程、智能硬件、3D打印、柔性电子、人工智能、航空航天等领域都能够发挥极大的作用。
附图说明
图1是本发明实施例2制备的液态金属纳米液滴的粒径分布图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
实施例1
本实施例提供了一种液态金属纳米液滴大规模制备方法，具体包括如下步骤：
(1)取100g去离子水于高速分散机的拉缸中，取1g BYK190分散剂溶解于拉缸的去离子水中，得到透明的澄清溶液；
(2)将1g液态金属(Ga75In25)滴入步骤(1)得到的澄清溶液，加入0.2ml的Tego 440型消泡剂。
(3)在步骤(2)中的溶液中加入700g直径为0.3～0.4毫米的锆珠，在高速分散机中以3000rpm的转速研磨12h，即可得到液态金属纳米液滴。
本实施例得到的液态金属纳米液滴的直径为120nm，在室温环境下放置15天产生少量沉淀，轻微震荡后可以再悬浮。
实施例2
本实施例提供了一种液态金属纳米液滴大规模制备方法，具体包括如下步骤：
(1)取100g去离子水于高速分散剂的拉缸中，取2g BYK190分散剂溶解于拉缸的去离子水中，得到透明的澄清溶液；
(2)将1g液态金属(Ga75In25)滴入步骤(1)得到的澄清溶液，加入0.2ml的Tego440型消泡剂。
在步骤(2)中的溶液中加入700g直径为0.3～0.4毫米的锆珠，在高速分散机中以3000rpm的转速研磨12h，即可得到液态金属纳米液滴。
本实施例得到的液态金属纳米液滴的直径为110nm，在室温环境下放置15天产生少量沉淀，轻微震荡后可以再悬浮。粒径分布图如图1所示。
实施例3
本实施例提供了一种液态金属纳米液滴大规模制备方法，具体包括如下步骤：
(1)取100g去离子水于高速分散剂的拉缸中，取4g BYK190分散剂溶解于拉缸的去离子水中，得到透明的澄清溶液；
(2)将2g液态金属(Ga75In25)滴入步骤(1)得到的澄清溶液，加入0.2ml的Tego440型消泡剂。
在步骤(2)中的溶液中加入500g直径为0.3～0.4毫米的锆珠，在高速分散机中以3000rpm的转速研磨6h，即可得到液态金属纳米液滴。
本实施例得到的液态金属纳米液滴的直径为150nm，在室温环境下放置15天产生少量沉淀，轻微震荡后可以再悬浮。
实施例4
本实施例与实施例1的区别仅在于，将实施例1步骤(2)中的液态金属替换为Ga70In30。
本实施例得到的液态金属纳米液滴的直径为130nm，在室温环境下放置15天产生少量沉淀，轻微震荡后可以再悬浮。
实施例5
本实施例与实施例1的区别仅在于，将实施例1步骤(2)中的液态金属替换为Ga60In40。
本实施例得到的液态金属纳米液滴的直径为120nm，在室温环境下放置15天产生少量沉淀，轻微震荡后可以再悬浮。
实施例6
本实施例与实施例1的区别仅在于，将实施例1步骤(2)中的液态金属替换为Ga80In20。
本实施例得到的液态金属纳米液滴的直径为150nm，在室温环境下放置15天产生少量沉淀，轻微震荡后可以再悬浮。
实施例7
本实施例与实施例1的区别仅在于，将实施例1步骤(1)中分散剂质量替换为5g。
本实施例得到的液态金属纳米液滴的直径为130nm，在室温环境下放置15天产生少量沉淀，轻微震荡后可以再悬浮。
实施例8
本实施例与实施例1的区别仅在于，将实施例1步骤(1)中分散剂质量替换为10g。
本实施例得到的液态金属纳米液滴的直径为150nm，在室温环境下放置15天产生少量沉淀，轻微震荡后可以再悬浮。
实施例9
本实施例与实施例7的区别仅在于，将实施例1步骤(2)中液态金属质量替换为5g。
本实施例得到的液态金属纳米液滴的直径为150nm，在室温环境下放置10天产生少量沉淀，轻微震荡后可以再悬浮。
实施例10
本实施例与实施例8的区别仅在于，将实施例1步骤(2)中液态金属质量替换为10g。
本实施例得到的液态金属纳米液滴的直径为160nm，在室温环境下放置7天产生少量沉淀，轻微震荡后可以再悬浮。
综上所述，本发明制备的液态金属纳米液滴，利用分散剂包覆液态金属液滴，有效隔离每个液态金属小液滴，防止其团聚和沉淀，有效增强了液态金属纳米液滴的稳定性，并且可以在短时间内大规模的制备液态金属纳米液滴，为液态金属的打印电路、柔性穿戴、导电导热等应用提供了制备基础。
以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (10)

1.一种液态金属纳米液滴大规模制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将分散剂溶于去离子水中，得澄清溶液；
(2)向所述澄清溶液中滴加液态金属和消泡剂，得混合液；
(3)向所述混合液中加入锆珠，经研磨后，得到所述液态金属纳米液滴。
2.如权利要求1所述的液态金属纳米液滴大规模制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述分散剂为含有羧基的聚合物，其固体酸值的范围在1～100mg KOH/g之间。
3.如权利要求1所述的液态金属纳米液滴大规模制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述分散剂与去离子水的质量比为(0.1～10):100。
4.如权利要求1所述的液态金属纳米液滴大规模制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述液态金属为镓、镓铟合金、镓铟锡合金中的一种或几种。
5.如权利要求1所述的液态金属纳米液滴大规模制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述液态金属与澄清溶液的质量比为(0.1～10):100。
6.如权利要求1所述的液态金属纳米液滴大规模制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述消泡剂为矿物油型、有机硅型、炔醇动态消泡型、二氧化硅疏水颗粒增强消泡型中的一种或几种。
7.如权利要求1所述的液态金属纳米液滴大规模制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述消泡剂与澄清溶液的质量比为(0.1～5):100。
8.如权利要求1所述的液态金属纳米液滴大规模制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述锆珠直径为0.1～0.2mm、0.3～0.4mm、0.5～0.6mm、0.8～1mm中的一种或几种。
9.如权利要求1所述的液态金属纳米液滴大规模制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述锆珠的添加量与混合液的质量比为10：(0.1～10)。
10.如权利要求1所述的液态金属纳米液滴大规模制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述研磨的速度为500～10000转/分钟，研磨的时间为1～20小时。
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