CN112969302A - 一种基于聚吡咯包裹液态金属核壳微粒柔性导电线路及其制备方法与应用 - Google Patents

一种基于聚吡咯包裹液态金属核壳微粒柔性导电线路及其制备方法与应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于聚吡咯包裹液态金属核壳微粒柔性导电线路及其制备方法与应用。所述方法为：将液态金属分散于吡咯或吡咯溶液中，静止分层；取下层浆料在TPU薄膜上进行图案化；将图案化TPU薄膜置于氧化剂/掺杂剂混合溶液中，待吡咯聚合完成后清洗。本发明的制备方法简单，提高了液态金属的可加工性，所得柔性电路与基材之间具有较好粘接性能，同时具备较大的粗糙度，在柔性可修复电子电路、能源等领域具有重要的应用前景。

Description

一种基于聚吡咯包裹液态金属核壳微粒柔性导电线路及其制 备方法与应用
技术领域
本发明属于柔性功能材料领域，具体涉及一种基于聚吡咯包裹液态金属核壳微粒柔性导电线路及其制备方法与应用。
背景技术
随着科学技术的发展，柔性电子器件以及柔性储能材料正在兴起，受到人们的广泛关注。与传统的刚性电子材料相比，柔性电子材料具有一定的形变能力，可以更好的贴合曲面，在可穿戴领域具有极大的应用潜力。
液态金属具有金属导电性和良好的流动性，在柔性电子器件领域具有较大的应用前景，但是由于其表面易形成氧化层，具有较大的表面张力，在成型加工方面存在一定的困难，此前虽然采用聚合物包裹液态金属的方式制备线路，但由于所采用聚合物不导电，仍需要进一步采取方法进行线路烧结达到导电的目的。
聚吡咯作为一种优异的导电材料，在一定条件下具有优异的成膜特性，制备方法简单，同时在传感、超级电容器以及光热转换等方面表现出较为优秀的性能，但是耐划伤性较差。如何有效快捷的制备耐划伤的柔性导电材料仍然是研究的热点。
发明内容
为解决现有技术的缺点和不足之处，本发明的首要目的在于提供一种基于聚吡咯包裹液态金属核壳微粒柔性导电线路的制备方法。
本发明利用吡咯作为分散溶剂，超声制备了液态金属分散浆料，通过将图案化的线路置于氧化剂溶液中，原位反应得到聚吡咯包裹液态金属制备的柔性导电线路。解决液态金属成型加工问题，同时可以发挥聚吡咯和液态金属的协同效应，在柔性电子器件、传感以及能源等领域具有潜在的应用前景。
本发明的另一目的在于提供上述方法制得的一种基于聚吡咯包裹液态金属核壳微粒柔性导电线路。
本发明的再一目的在于提供上述一种基于聚吡咯包裹液态金属核壳微粒柔性导电线路的应用。
本发明目的通过以下技术方案实现：
一种基于聚吡咯包裹液态金属核壳微粒柔性导电线路的制备方法，包括以下步骤：
(1)将液态金属加入到吡咯或吡咯溶液中，超声分散，静置分层；
(2)将步骤(1)中分层后的下层浆料在TPU基底上进行图案化；
(3)将图案化的TPU基底置于氧化剂/掺杂剂混合溶液中，待吡咯聚合完成后，清洗，干燥，得到基于聚吡咯包裹液态金属核壳微粒柔性导电线路。
优选地，步骤(1)所述液态金属为镓铟锡合金(熔点为10.5℃)。
优选地，步骤(1)所述液态金属与吡咯的质液比为0.5g：7.5～15mL。
优选地，步骤(1)所述吡咯溶液的体积浓度为50～100％，溶剂为甲苯和乙醇中的至少一种。
优选地，步骤(1)所述超声分散的功率为80～320W，时间为20～60min。
优选地，步骤(2)所述TPU基底为TPU薄膜。所述图案化指根据实际需求通过打印或手绘方式绘制图案线路。
优选地，步骤(3)所述氧化剂/掺杂剂混合溶液中的氧化剂为过硫酸铵，掺杂剂为苯磺酸钠，氧化剂的浓度为10～100mmol/L，掺杂剂的浓度为5～100mmol/L。
优选地，步骤(3)所述氧化剂/掺杂剂混合溶液的溶剂为水。
优选地，步骤(3)所述吡咯聚合的时间为10～60min。
优选地，步骤(3)所述清洗指用去离子水清洗。
上述方法制得的一种基于聚吡咯包裹液态金属核壳微粒柔性导电线路。
上述一种基于聚吡咯包裹液态金属核壳微粒柔性导电线路在柔性电子器件领域中的应用。
与现有技术相比，本发明具有以下优点及有益效果：
1、本发明利用超声分散获得含液态金属微球的浆料，有利于提高液态金属的成型加工性。
2、本发明以吡咯纯溶剂或含吡咯的混和溶液作为液态金属的分散液，图案化后，可在液态金属微球表面生长聚吡咯，保证线路的导电性。
3、本发明聚吡咯包裹液态金属核壳微粒制备的柔性导电线路，导电性介于4.8kΩ/cm～30.2kΩ/cm。
4、本发明的制备方法简单，提高了液态金属的可加工性，所得柔性电路与基材之间具有较好粘接性能，同时具备较大的粗糙度，在柔性可修复电子电路、能源等领域具有重要的应用前景。
附图说明
图1为实施例1制备得到的聚吡咯包裹液态金属核壳微粒制备的柔性导电线路的电镜图片(10000倍)。
图2为实施案例1制备所得材料的XPS谱图，399.7eV处特征峰归属于吡咯的-NH-，398.4eV处为C＝N所对应的特征峰，401.6eV处N+的特征峰表明聚吡咯被成功掺杂。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
本发明实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或者制造商建议的条件进行。所用未注明生产厂商者的原料、试剂等，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
实施例1
将0.5g液态金属(镓铟锡合金，熔点10.5℃)加入15ml吡咯中，超声功率为320W，超声10min，静置分层后取下层浆料在TPU薄膜上进行图案化绘制线路。将图案化的TPU薄膜置于氧化剂/掺杂剂混合溶液中，其中氧化剂过硫酸铵的浓度为10mmol/L，掺杂剂苯磺酸钠的浓度为50mmol/L，反应60min后，用去离子水冲洗3次，置于通风橱中自然风干。所得线路导电性为30.2kΩ/cm。
实施例2
将0.5g液态金属(镓铟锡合金，熔点10.5℃)加入15ml吡咯乙醇溶液(吡咯的体积浓度为50％)中，超声功率为80W，超声60min，静置分层后取下层浆料在TPU薄膜上进行图案化绘制线路。将图案化的TPU薄膜置于氧化剂/掺杂剂混合溶液中，其中氧化剂过硫酸铵的浓度为50mmol/L，掺杂剂苯磺酸钠的浓度为100mmol/L，反应30min后，用去离子水冲洗3次，置于通风橱中自然风干。所得线路导电性为18.7kΩ/cm。
实施例3
将0.5g液态金属(镓铟锡合金，熔点10.5℃)加入15ml吡咯中，超声功率为240W，超声20min，静置分层后取下层浆料在TPU薄膜上进行图案化绘制线路。将图案化的TPU薄膜置于氧化剂/掺杂剂混合溶液中，其中氧化剂过硫酸铵的浓度为100mmol/L，掺杂剂苯磺酸钠的浓度为5mmol/L，反应10min后，用去离子水冲洗3次，置于通风橱中自然风干。所得线路导电性为29.2kΩ/cm。
实施例4
将0.5g液态金属(镓铟锡合金，熔点10.5℃)加入15ml吡咯中，超声功率为320W，超声10min，静置分层后取下层浆料在TPU薄膜上进行图案化绘制线路。将图案化的TPU薄膜置于氧化剂/掺杂剂混合溶液中，其中氧化剂过硫酸铵的浓度为50mmol/L，掺杂剂苯磺酸钠的浓度为5mmol/L，反应60min后，用去离子水冲洗3次，置于通风橱中自然风干。所得线路导电性为4.8kΩ/cm。
根据本发明实施例1制备方法制备得到的聚吡咯包裹液态金属核壳微粒制备的柔性导电线路的电镜图片(10000倍)如图1所示，XPS谱图如图2所示。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于聚吡咯包裹液态金属核壳微粒柔性导电线路的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将液态金属加入到吡咯或吡咯溶液中，超声分散，静置分层；
(2)将步骤(1)中分层后的下层浆料在TPU基底上进行图案化；
(3)将图案化的TPU基底置于氧化剂/掺杂剂混合溶液中，待吡咯聚合完成后，清洗，干燥，得到基于聚吡咯包裹液态金属核壳微粒柔性导电线路。
2.根据权利要求1所述一种基于聚吡咯包裹液态金属核壳微粒柔性导电线路的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述液态金属与吡咯的质液比为0.5g：7.5～15mL。
3.根据权利要求1所述一种基于聚吡咯包裹液态金属核壳微粒柔性导电线路的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述氧化剂/掺杂剂混合溶液中的氧化剂为过硫酸铵，掺杂剂为苯磺酸钠，氧化剂的浓度为10～100mmol/L，掺杂剂的浓度为5～100mmol/L。
4.根据权利要求1所述一种基于聚吡咯包裹液态金属核壳微粒柔性导电线路的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述吡咯溶液的体积浓度为50～100％。
5.根据权利要求1所述一种基于聚吡咯包裹液态金属核壳微粒柔性导电线路的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述吡咯聚合的时间为10～60min。
6.根据权利要求1所述一种基于聚吡咯包裹液态金属核壳微粒柔性导电线路的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述液态金属为镓铟锡合金。
7.根据权利要求1所述一种基于聚吡咯包裹液态金属核壳微粒柔性导电线路的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述超声分散的功率为80～320W，时间为20～60min；所述吡咯溶液的溶剂为甲苯和乙醇中的至少一种。
8.根据权利要求1所述一种基于聚吡咯包裹液态金属核壳微粒柔性导电线路的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述TPU基底为TPU薄膜，所述图案化指根据实际需求通过打印或手绘方式绘制图案线路；步骤(3)所述清洗指用去离子水清洗。
9.权利要求1～8任一项所述方法制得的一种基于聚吡咯包裹液态金属核壳微粒柔性导电线路。
10.权利要求9所述一种基于聚吡咯包裹液态金属核壳微粒柔性导电线路在柔性电子器件领域中的应用。
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