CN112064018B - 一种室温液态金属薄膜及其制备方法 - Google Patents

一种室温液态金属薄膜及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种室温液态金属薄膜及其制备方法，其中，所述制备方法包括：提供一柔性基底，并将所述柔性基底固定于容器内；将液态金属置于去离子水中，并利用超声波对所述液态金属进行分散处理，得到分散液；向所述分散液中加入明胶水溶液，混合均匀，得到混合溶液；将所述混合溶液倒入所述容器内，室温下静置，其后，降温使所述混合溶液固化，得到下层为液态金属层和上层为明胶层的固化物；向所述容器内添加吸水溶剂，使所述吸水溶剂在所述明胶层表面铺展，其后，撕除所述明胶层，即得室温液态金属薄膜。本发明所采用的制备方法制备简单，原料来源广泛，易于推广使用。

Description

一种室温液态金属薄膜及其制备方法
技术领域
本发明涉及金属材料领域，尤其涉及一种室温液态金属薄膜及其制备方法。
背景技术
液态金属的图案化是实现液态金属应用的重要加工过程，得益于液态金属的流体性质，可通过挤出打印、直接书写、丝网印刷、注射模塑、真空填充等方法制备得到液态金属的图案化结构，然而，由于液态金属的高表面张力以及液态金属与各种柔性基底间较弱的粘附作用，使得在各种柔性基底上制备大面积液态金属薄膜及对其进行图案化处理还存在较大挑战。
因此，现有技术仍有待于改进和发展。
发明内容
鉴于上述现有技术的不足，本申请的目的在于提供一种室温液态金属薄膜及其制备方法，旨在解决现有的难以在柔性基底上制备大面积的室温液态金属薄膜的技术问题。
本发明的技术方案如下：
一种室温液态金属薄膜的制备方法，其中，包括步骤：
提供一柔性基底，并将所述柔性基底固定于容器内；
将液态金属置于去离子水中，并利用超声波对所述液态金属进行分散处理，得到分散液；
向所述分散液中加入明胶水溶液，混合均匀，得到混合溶液；
将所述混合溶液倒入所述容器内，室温下静置，其后，降温使所述混合溶液固化，得到下层为液态金属层和上层为明胶层的固化物；
向所述容器内添加吸水溶剂，使所述吸水溶剂在所述明胶层表面铺展，其后，撕除所述明胶层，即得室温液态金属薄膜。
可选地，将所述混合溶液倒入所述容器内，室温下静置，其后，降温使所述混合溶液固化，得到下层为液态金属层和上层为明胶层的固化物的步骤具体包括：
将所述混合溶液倒入所述容器内，在室温下静置处理0.5-1h，形成下层为液态金属和上层为明胶水溶液层的分层溶液；
将所述容器置于0-5℃的环境下，冷却0.5-1h，使所述明胶水溶液层固化，得到下层为液态金属层和上层为明胶层的固化物。
可选地，所述分散液中所述液态金属的液滴为微米级。
可选地，所述液态金属为镓、铋、镓铟合金、镓锡合金、铅铋合金、镓铟锡合金、镓铋锡合金、铟锡铋合金中的一种或多种。
可选地，所述明胶水溶液的质量分数为5％-15％。
可选地，所述吸水溶剂为甘油、乙二醇、山梨醇中的一种或多种。
可选地，所述柔性基底为无纺布、PET、PDMS、纸中的一种。
基于同样的发明构思，本申请还提供一种室温液态金属薄膜，其中，所述室温液态金属薄膜采用上述室温液态金属薄膜的制备方法制备而成。
附图说明
图1为本发明一种室温液态金属薄膜的制备方法的较佳实施例的流程示意图；
图2为采用本发明一种室温液态金属薄膜的制备方法在明胶基底上制备的室温液态金属薄膜；
图3为采用本发明一种室温液态金属薄膜的制备方法所制备的液态图案化金属薄膜；
图4为采用本发明一种室温液态金属薄膜的制备方法所制备的封装后的LED电路实物图。
具体实施方式
为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的较佳实施方式。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本申请的公开内容理解的更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请。
镓及其合金是一类在室温下呈液态的金属材料，其兼具金属和流体的性质，具有高导电性、高导热性、低毒、低蒸气压等优点，是制备柔性电子器件的理想材料之一，其中，镓基液态金属的图案化是实现镓基液态金属应用的重要加工过程，得益于液态金属的流体性质，可通过挤出打印、直接书写、丝网印刷、注射塑膜及真空填充等方式制备得到液态金属的图案化结构，然而，液态金属的高表面张力及液态金属与各种柔性基底之间较弱的粘附作用，使得在各种柔性基底上制备大面积的液态金属薄膜及对其图案处理还存在较大挑战。基于此，本申请希望提供一种室温液态金属薄膜的制备方法，旨在解决现有的大面积室温液态金属薄膜制备困难的技术问题。
如图1所示，本发明提供了一种室温液态金属薄膜的制备方法，其中，包括步骤：
S10、提供一柔性基底，并将所述柔性基底固定于容器内；
S20、将液态金属置于去离子水中，并利用超声波对所述液态金属进行分散处理，得到分散液；
S30、向所述分散液中加入明胶水溶液，混合均匀，得到混合溶液；
S40、将所述混合溶液倒入所述容器内，室温下静置，其后，降温使所述混合溶液固化，得到下层为液态金属层和上层为明胶层的固化物；
S50、向所述容器内添加吸水溶剂，使所述吸水溶剂在所述明胶层表面铺展，其后，撕除所述明胶层，即得室温液态金属薄膜。
本实施例中，通过将分布于去离子水中的液态金属进行超声分散，使其分散形成微米级液滴，得到分散液，其后，将所述分散液与明胶水溶液进行混合，并将混合溶液倒入底部固定有柔性基底的容器中，在室温下静置后，所述混合溶液中的液态金属液滴会发生沉降，聚集在所述容器底部的柔性基底上，待所述液态金属液滴完全聚集在所述柔性基底表面后，所述混合溶液即形成明显分层结构，靠近所述柔性基底的为为下层的液态金属层，其上即为明胶层。进一步地，本实施例中，将所述容器置于温度为0-5℃的环境下，在低温环境下，明胶易发生凝固，从而得到下层为液态金属层和上层为明胶层的固化物，当向所述容器内添加吸水溶剂时，所述吸水溶剂会在所述明胶层表面进行铺展，形成一层吸水溶剂层，而吸水溶剂会与所述明胶层内的水分发生交换，使得所述明胶层内的水分置换到吸水溶剂层中，所述明胶层由于失水体积会大幅度手段，从而使得其底部的所述液态金属液滴发生聚集并破裂，从而形成完整的液态金属薄膜，本实施例中，所采用的明胶的机械性能差，易碎，经过吸水溶剂浸泡后，明胶的韧性得到提升，可整体撕掉，通过将所述明胶层撕除即可得到室温液态金属薄膜。
本实施例中，通过利用明胶的体积收缩过程中对所述液态金属液滴的压迫力，使得所述液态金属液滴自动聚集和破裂，可在各种柔性基底上制备得到大面积的液态金属薄膜，所制备的液态金属薄膜的均匀性好，导电性能与液态金属相近，且可通过控制所述去离子水中液态金属的含量，调节所制备得到的液态金属薄膜的厚度。本实施例所采用的制备方法简单，原料来源广泛，易于推广使用。
进一步，本实施例中，通过对所述柔性基底进行图案化处理，或是在所述柔性基底表面贴附一层模板，可得到具有不同图案的液态金属薄膜，从而实现室温液态图案化金属薄膜的制备。
在一些实施方式中，所述液态金属为镓、铋、镓铟合金、镓锡合金、铅铋合金、镓铟锡合金、镓铋锡合金、铟锡铋合金中的一种或多种。本实施例中，所述液态金属为室温液态金属，其包括但不限于上述几种。
在一些实施方式中，所述明胶水溶液的质量分数为5％-15％。
本实施例中，所述液态金属是分散在所述明胶水溶液中，为了不影响所述液态金属在所述明胶水溶液中的分散效果，所述明胶水溶液的黏度不能过大，当所述明胶水溶液的质量分数控制在15％以内时，不会对所述液态金属的分散造成影响。同时，考虑到后续溶液分层后，需要降温使明胶层固化以及将所述明胶层内的水份进行置换，而所述明胶水溶液中的明胶的含量过少，则会影响所述明胶层的固化效果及所述明胶层内水份的置换效果，本实施例中，将所述明胶水溶的质量分数控制在5％-15％，一方面，能够避免所述明胶水溶液的黏度对所述液态金属的分散造成影响，另一方面，能够确保形成的所述明胶层在0-5℃的环境下易于固化，且所述明胶层内的水份能够实现充分的置换。
在一些实施方式中，所述吸水溶剂为甘油、乙二醇、山梨醇中的一种或多种。
在一些实施方式中，所述柔性基底为无纺布、PET、PDMS、纸中的一种。
本发明所制备的液态金属薄膜的导电性接近液态金属本身，采用聚二甲基硅氧烷(PDMS)、共聚酯(ecoflex)、明胶等材料进行封装可得到高柔性的导电元件。
另外，需要说明的是，本发明中也可将所述液态金属分散在琼脂水溶液、PVA水溶液或海藻酸钠水溶液中。进一步地，所述液态金属也可分散在有机溶剂中，例如乙醇，而不限制于仅在去离子水中进行分散。
基于同样的发明构思，本申请还提供一种室温液态金属薄膜，其中，所述室温液态金属薄膜采用上述室温液态金属薄膜的制备方法制备而成。
综上所述，本发明通过利用明胶的体积收缩过程中对所述液态金属液滴的压迫力，使得所述液态金属液滴自动聚集和破裂，形成完整的液态金属薄膜，从而解决了现有的大面积室温液态金属薄膜制备困难的问题，同时，还可通过对所述柔性基底进行图案化处理，或是在所述柔性基底上贴附一层模板，可制得到具有不同图案的液态金属薄膜，从而实现室温液态图案化金属薄膜的制备。本实施例中所采用的制备方法简单，原料来源广泛，易于推广使用。
应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (8)

1.一种室温液态金属薄膜的制备方法，其特征在于，包括步骤：
提供一柔性基底，并将所述柔性基底固定于容器内；
将液态金属置于去离子水中，并利用超声波对所述液态金属进行分散处理，得到分散液；
向所述分散液中加入明胶水溶液，混合均匀，得到混合溶液；
将所述混合溶液倒入所述容器内，室温下静置，其后，降温使所述混合溶液固化，得到下层为液态金属层和上层为明胶层的固化物；
向所述容器内添加吸水溶剂，使所述吸水溶剂在所述明胶层表面铺展，其后，撕除所述明胶层，即得室温液态金属薄膜。
2.根据权利要求1所述的室温液态金属薄膜的制备方法，其特征在于，将所述混合溶液倒入所述容器内，室温下静置，其后，降温使所述混合溶液固化，得到下层为液态金属层和上层为明胶层的固化物的步骤具体包括：
将所述混合溶液倒入所述容器内，在室温下静置处理0.5-1h，形成下层为液态金属和上层为明胶水溶液层的分层溶液；
将所述容器置于0-5℃的环境下，冷却0.5-1h，使所述明胶水溶液层固化，得到下层为液态金属层和上层为明胶层的固化物。
3.根据权利要求1所述的室温液态金属薄膜的制备方法，其特征在于，所述分散液中所述液态金属的液滴为微米级。
4.根据权利要求1所述的室温液态金属薄膜的制备方法，其特征在于，所述液态金属为镓、铋、镓铟合金、镓锡合金、铅铋合金、镓铟锡合金、镓铋锡合金、铟锡铋合金中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的室温液态金属薄膜的制备方法，其特征在于，所述明胶水溶液的质量分数为5%-15%。
6.根据权利要求1所述的室温液态金属薄膜的制备方法，其特征在于，所述吸水溶剂为甘油、乙二醇、山梨醇中的一种或多种。
7.根据权利要求1所述的室温液态金属薄膜的制备方法，其特征在于，所述柔性基底为无纺布、PET、PDMS、纸中的一种。
8.一种室温液态金属薄膜，其特征在于，采用如权利要求1-7任一所述的室温液态金属薄膜的制备方法制备而成。
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