CN111261364B - 一种柔性磁薄膜的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种柔性磁薄膜的制备方法。将液态金属、磁粉和溶剂混合，超声处理，获得液态金属颗粒与磁性颗粒的悬浊液；将悬浊液平铺在柔性衬底材料上，同时施加外磁场控制磁性颗粒取向；待溶剂挥发，得到柔性磁薄膜。当在该柔性薄膜表面沿着一定轨迹施加外力作用，使液态金属相互连通而形成导电通路，可得到柔性磁性导电薄膜。该方法简单易行，使用完毕的柔性磁薄膜可实现回收再利用，从而减少电子垃圾的产生。

Description

一种柔性磁薄膜的制备方法

技术领域

本发明涉及柔性电子技术领域，特别介绍了一种柔性磁薄膜的制备方法。

背景技术

众所周知，人类社会正在进入一个柔性电子时代。柔性电子器件的发展起源于19世纪60年代的第一片单晶硅薄膜电池，随后迅速发展。为了实现全器件的柔性化，柔性显示、柔性传感、柔性储能、柔性存储等正不断得到开发。

在刚性电子器件中发挥着重要作用的磁性薄膜，使其柔性化也变得尤为重要。但是，磁性材料通常无法承受较大的形变，如铁、钴、镍等磁性材料在弯曲拉伸等形变过程中其优异的电学性能通常无法保持。

目前存在的柔性磁薄膜的制备方法主要分为两类。一类是通过将磁性颗粒与橡胶等柔性基材混合，实现拉伸形变下的柔性。但是，这种方法通常会破坏磁性材料的电学性能。另一类是通过在预拉伸的柔性薄膜上沉积磁性薄膜，之后释放拉伸可以形成三维褶皱结构，在后续的拉伸形变中褶皱会被展平而不影响磁性薄膜的性能。但是，利用该方法获得的磁性薄膜的拉伸能力通常会受到初始状态下预拉伸程度的限制，并且这种方法工艺复杂，无法实现较厚的磁性膜。

另外，随着电子垃圾的积累，人们越来越意识到电子器件的环保性能，因此制备出能够被高效回收的磁性薄膜意义重大。

发明内容

针对上述技术现状，本发明提供一种柔性磁薄膜的制备方法，该方法简单易行，能够制得具有良好柔韧性的磁性薄膜。

本发明的技术方案为：一种柔性磁薄膜的制备方法，包括如下步骤：

步骤1：将液态金属、磁粉和溶剂混合，超声处理，获得液态金属颗粒与磁性颗粒的悬浊液。

步骤2：将所述悬浊液平铺在柔性衬底材料上，同时施加外磁场控制磁性颗粒取向；待溶剂挥发，得到柔性磁薄膜。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

(1)本发明采用液态金属与磁性颗粒复合在柔性衬底表面构建磁薄膜，由于液态金属具有良好的形变能力，从而能够提高磁薄膜的柔韧性，得到柔性磁薄膜。

(2)本发明首先采用超声处理包含液态金属颗粒与磁性颗粒颗粒的悬浊液，在此过程中，由于液态金属表面张力较大，在超声波作用下易碎裂，表面被氧化而形成氧化层，该氧化层具有绝缘性与粘附性，然后在柔性衬底表面平铺悬浊液，溶剂挥发后，由于液态金属颗粒表面的氧化层具有粘附性，因此该薄膜粘附在柔性衬底表面，与衬底结合力良好。

(3)液态金属同时具有良好的导电性，因此，作为优选，本发明在所述步骤2之后进行步骤3：在所述薄膜表面，沿着一定轨迹施加外力作用，使液态金属颗粒表面的氧化层被破坏，沿着所述轨迹液态金属相互连通而形成导电通路，因此能够得到磁性导电薄膜。另外，由于液态金属具有良好的导热能力并且液态金属颗粒分布在整个薄膜，因此该导电通路在电回路中产生的热量能够通过液态金属进行散热，从而提高了该磁性导电薄膜的散热性能。

(4)考虑到绿色环保，本发明还提出一种所述柔性磁薄膜或者柔性磁导电薄膜的回收再利用方法，具体如下：

使用能够与液态金属表面的氧化层反应的溶液，如NaOH溶液、稀盐酸等，将所述柔性磁薄膜或者所述柔性磁导电薄膜与该溶液混合，使液态金属表面的氧化层发生反应而溶于该溶液中，所述薄膜从柔性衬底脱落，而液态金属与磁性颗粒不发生反应，经过过滤、洗涤，得到液态金属与磁性颗粒。当该回收得到的液态金属与磁性颗粒与溶剂混合，进行超声处理后平铺在柔性衬底表面，然后挥发溶剂，又可得到本发明柔性磁薄膜，即，实现了原材料的绿色环保循环利用，减少电子垃圾的产生。

本发明还提出另一种所述柔性磁薄膜或者柔性磁导电薄膜的回收再利用方法，具体如下：将所述柔性磁薄膜或者所述柔性磁导电薄膜与溶剂混合进行处理，在超声作用下，液态金属与磁性颗粒从柔性衬底脱落而与溶剂混合，在超声作用下重新获得本发明所述的液态金属颗粒与磁性颗粒的悬浊液，然后将所述悬浊液平铺在柔性衬底材料上，同时施加外磁场控制磁性颗粒取向，待溶剂挥发，重新得到本发明所述的柔性磁薄膜，即，实现了原材料的绿色环保循环利用，减少电子垃圾的产生。

所述的柔性衬底是指具有一定形变能力的衬底，如弯曲和/或拉伸等。所述柔性衬底材料包括但不限于纸、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、PI、PET、PVC等中的一种或者几种。为了提高所述薄膜与柔性衬底的结合力，所述柔性衬底优选为表面多孔结构。

所述的液态金属材料是在室温下为液态的金属导电材料，包括但不限于汞、镓、镓铟合金、镓铟锡合金，以及过渡族金属、固态非金属元素的一种或几种掺杂的镓、镓铟合金、镓铟锡合金等。

所述的磁粉具有磁性，包括但不限于铁(Fe)基粉末、镍(Ni)基粉末、钴(Co)基粉末、钴铁硼(CoFeB)基粉末、四氧化三铁(Fe3O4)粉末、铁镓(FeGa)基粉末等中的一种或者几种。

所述步骤1中，溶剂不限，包括水、乙醇、丙酮、硫醇等中的一种或者几种。

所述步骤2中，悬浊液平铺在柔性衬底材料上的方法不限，包括涂覆、引流、倾倒等。

所述步骤2中，作为优选，所述外磁场为匀强磁场，使悬浊液中的磁性颗粒沿着同一方向磁化。

所述步骤3中，作为一种实现方式，使用具有尖端的物体在所述薄膜表面按照一定轨迹运行，使液态金属颗粒表面的氧化层被该物体尖端破坏，沿着所述轨迹液态金属相互连通而形成导电通路。所述具有尖端的物体可以是探针、圆珠笔笔头等。可以根据所需制备的导电通路的导体粗细不同，采用不同尺度的物体，例如，当制备直径在300微米以上的液态金属导线时，可使用圆珠笔笔头、雕刻机探针等进行加工。当制备直径在50微米至300微米间的液态金属导线时，可以使用台阶仪探针进行加工。为制备直径在50微米以下的液态金属导线，可以使用原子里显微镜探针进行加工。

附图说明

图1是本发明实施例1中打印纸作为柔性衬底的示意图。

图2是本发明实施实例1中制备悬浊液的示意图。

图3是本发明实施实例1中制备柔性磁薄膜的示意图。

图4是本发明实施实例2中制备柔性磁导电薄膜的示意图。

图5是本发明实施例3中液态金属与磁性颗粒的回收再利用过程示意图。

具体实施方式

下面结合实施例与附图对本发明作进一步详细描述，需要指出的是，以下所述实施例旨在便于对本发明的理解，而对其不起任何限定作用。

其中的附图标记为：打印纸1，超声机2，烧杯3，液态金属4，酒精5，磁粉6，玻璃棒7，悬浊液8，液态金属颗粒9，探针10，磁薄膜11，磁导电通路12，永磁体13。

实施例1：

本实施实例中，采用打印纸1作为柔性衬底材料，图1是打印纸1的示意图，打印纸1表面具有多孔结构。

按照图2所示，将液态金属4、磁粉6，酒精5在烧杯3中混合，开启超声机2进行搅拌处理的，得到包含液态金属颗粒与磁性颗粒的悬浊液8。

按照图3所示，将烧杯3内的悬浊液8在玻璃棒7的引流下转移到打印纸1上，同时将打印纸1置于永磁体13上，以提供外磁场。待酒精挥发，在打印纸1表面获得液态金属颗粒和磁性颗粒组成的磁性薄膜11，构成柔性磁薄膜。

实施例2：

本实施例中，如图4所示，使用探针10在实施例1制得的柔性磁薄膜表面按照一定轨迹运行，使液态金属颗粒9表面的氧化层被该探针破坏，沿着所述轨迹液态金属相互连通而形成磁导电通路12。

实施例3：

本实施例中，如图5所示，将实施例2制得的柔性磁导电薄膜放入NaOH溶液中，使液态金属表面的氧化层发生反应而溶于该溶液中，薄膜11从打印纸上脱落，经过过滤、洗涤，得到液态金属与磁性颗粒。

上述回收得到的液态金属与磁性颗粒可以按照图2与图3所示，与酒精5在烧杯3中混合，开启超声机2进行搅拌处理的，得到包含液态金属颗粒与磁性颗粒的悬浊液8，然后将烧杯3内的悬浊液8在玻璃棒的引流下转移到打印纸1上，同时将打印纸1置于永磁体13上，以提供外磁场，待酒精挥发，在打印纸1表面重新获得液态金属颗粒和磁性颗粒组成的薄膜11，即，再次制得柔性磁薄膜，因此实现了液态金属颗粒和磁性颗粒的回收利用，减少了电子垃圾。

实施例4：

本实施例中，将实施例1制得的柔性磁薄膜使用完毕后放入烧杯中，加入酒精，开启超声机，超声棒变幅杆型号选Ф5，工作模式选为开启1秒停止1秒，工作时间为3分钟，在超声作用下，柔性磁薄膜表面的液态金属与磁性颗粒脱落打印纸而与酒精混合，然后可以如实施例1中所述的方法，在超声机的搅拌处理下，得到包含液态金属颗粒与磁性颗粒的悬浊液，接着将烧杯内的悬浊液在玻璃棒的引流下转移到打印纸上，同时将打印纸置于永磁体13上，以提供外磁场，待酒精挥发，在打印纸表面重新获得液态金属颗粒和磁性颗粒组成的薄膜，即，再次制得柔性磁薄膜，因此实现了液态金属颗粒和磁性颗粒的回收利用，减少了电子垃圾。

以上所述的实施例对本发明的技术方案进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本发明的具体实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改、补充或类似方式替代等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (13)

1.一种柔性磁薄膜回收再利用的方法，其特征是：所述柔性磁薄膜的制备方法包括如下步骤：

步骤1：将液态金属、磁粉和溶剂混合，超声处理，获得液态金属颗粒与磁性颗粒的悬浊液；

步骤2：将所述悬浊液平铺在柔性衬底材料上，同时施加外磁场控制磁性颗粒取向；待溶剂挥发，得到柔性磁薄膜；

所述柔性磁薄膜的回收再利用方法是：使用能够与液态金属表面的氧化层反应的溶液，将所述柔性磁薄膜与该溶液混合，使液态金属表面的氧化层发生反应而溶于该溶液中，过滤、洗涤，得到所述液态金属与磁性颗粒。

2.如权利要求1所述的柔性磁薄膜回收再利用的方法，其特征是：所述步骤2之后进行步骤3：在所述薄膜表面，沿着一定轨迹施加外力作用，使液态金属颗粒表面的氧化层被破坏，沿着所述轨迹液态金属相互连通而形成导电通路，得到柔性磁导电薄膜；

所述柔性磁导电薄膜的回收再利用方法是：使用能够与液态金属表面的氧化层反应的溶液，将所述柔性磁导电薄膜与该溶液混合，使液态金属表面的氧化层发生反应而溶于该溶液中，过滤、洗涤，得到所述液态金属与磁性颗粒。

3.如权利要求1所述的柔性磁薄膜回收再利用的方法，其特征是：将得到的液态金属与磁性颗粒与溶剂混合，进行超声处理后平铺在柔性衬底表面，然后挥发溶剂，重新得到所述柔性磁薄膜。

4.如权利要求2所述的柔性磁薄膜回收再利用的方法，其特征是：将得到的液态金属与磁性颗粒与溶剂混合，进行超声处理后平铺在柔性衬底表面，然后挥发溶剂，重新得到所述柔性磁导电薄膜。

5.如权利要求1所述的柔性磁薄膜回收再利用的方法，其特征是：所述溶液为NaOH溶液或者稀盐酸。

6.如权利要求2所述的柔性磁薄膜回收再利用的方法，其特征是：所述溶液为NaOH溶液或者稀盐酸。

7.如权利要求1至6中任一权利要求所述的柔性磁薄膜回收再利用的方法，其特征是：所述的柔性衬底材料包括纸、PDMS、PI、PET、PVC中的一种或者几种。

8.如权利要求1至6中任一权利要求所述的柔性磁薄膜回收再利用的方法，其特征是：所述的液态金属包括汞、镓、镓铟合金、镓铟锡合金，以及过渡族金属、固态非金属元素的一种或几种掺杂的镓、镓铟合金、镓铟锡合金。

9.如权利要求1至6中任一权利要求所述的柔性磁薄膜回收再利用的方法，其特征是：所述的磁粉包括铁基粉末，镍基粉末，钴基粉末，钴铁硼基粉末、四氧化三铁粉末，铁镓基粉末中的一种或者几种。

10.如权利要求1至6中任一权利要求所述的柔性磁薄膜回收再利用的方法，其特征是：所述步骤1中，溶剂包括水、乙醇、丙酮、硫醇中的一种或者几种。

11.如权利要求1至6中任一权利要求所述的柔性磁薄膜回收再利用的方法，其特征是：所述步骤2中，悬浊液平铺在柔性衬底材料上的方法包括涂覆、引流、倾倒。

12.如权利要求1至6中任一权利要求所述的柔性磁薄膜回收再利用的方法，其特征是：所述步骤2中，所述外磁场为匀强磁场。

13.如权利要求2所述的柔性磁薄膜回收再利用的方法，其特征是：所述的步骤3中，使用具有尖端的物体在所述薄膜表面按照一定轨迹运行，使液态金属颗粒表面的氧化层被该物体尖端破坏，沿着所述轨迹液态金属相互连通而形成导电通路。

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