CN212810567U - 一种液态金属基柔性导线的柔性导电连接件 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种液态金属基柔性导线的柔性导电连接件。柔性导电连接件包括柔性高分子材料与若干条丝状导电材料，柔性高分子材料包覆在丝状导电材料外围；沿着丝状导电材料的长度方向，丝状导电材料的一端设置液态金属层；柔性导电连接件与柔性导线连接时，柔性导电连接件中设置液态金属层的一端伸入柔性导线中，液态金属层与柔性导线中的液态金属相接触，形成导电连接。通过该连接件能够与柔性导线实现良好的导电连接，并且该连接件具有良好的柔性与稳定性，与该柔性导线构成全柔性结构，在柔性电子技术具有广泛的应用前景。

Description

一种液态金属基柔性导线的柔性导电连接件

技术领域

本实用新型涉及柔性电子技术领域，尤其涉及一种液态金属基柔性导线的柔性导电连接件。

背景技术

随着柔性电子学及可穿戴设备的发展，柔性导线因其可拉伸性和舒适性而越来越受到人们的关注，在人机交互、人体健康/运动监测、智能服装等领域具有广泛的应用前景。

目前，柔性导线主要有三种：(1)直接利用导电纱线、导电纤维等编织而成的柔性导线，其电导率比较低，不耐揉洗；(2)用传统铜丝线缠绕成弹簧线等形式的柔性导线，其结构不够紧凑，触感较差；(3)利用液态金属、离子液体等填充在柔性管形成的柔性导线，其导电性、柔性均较好，但是这种柔性导线裁剪时容易导致液态物质渗漏，因此这种柔性导线不可任意裁剪；(4)利用导电银浆、导电凝胶、导电填料等与高分子复合的导电高分子作为柔性导线，其不耐弯折、拉伸稳定性差或电导率差。

相比而言，第(3)种柔性导线的导电性与柔弹性较好，具有良好的应用前景。目前这种柔性导线与外部导电单元连接时的连接方法主要有两种：

(1)直接用棒状或柱状金属电极与液态金属连接，外层用灌封胶等连接固定；该方法引入了刚性电极，从而破坏了液态金属导线的柔性，导致存在使用不舒服感；

(2)利用导电胶进行填充、密封、连接；但是，导电胶的导电性较差，无法满足对导电性要求高的使用环境。

因此，如何将柔性导线与外部进行导电连接，使连接部分兼顾良好的导电性、柔软与稳定性对实现全柔导电体具有重要意义。

实用新型内容

本实用新型针对基于液态金属的柔性导线，提供一种连接件，通过该连接件能够与柔性导线实现良好的导电连接，并且该连接件具有良好的柔性与稳定性，与该柔性导线构成全柔性结构。

本实用新型提供的技术方案为：一种液态金属基柔性导线的柔性导电连接件，所述液态金属基柔性导线包括第一液态金属与弹性体，在拉伸条件下具有导电性；其特征是：所述柔性导电连接件包括柔性高分子材料与若干条丝状导电材料，柔性高分子材料包覆在丝状导电材料外围；沿着丝状导电材料的长度方向，丝状导电材料的一端设置第二液态金属层，并且第二液态金属层与丝状导电材料端部导电连接；丝状导电材料的另一端与外部导电元件形成导电连接；

柔性导电连接件与柔性导线连接时，柔性导电连接件中设置第二液态金属层的一端伸入柔性导线中，第二液态金属层与柔性导线中的第一液态金属相接触，形成导电连接。

作为一种实现方式，所述弹性体呈管状结构，第一液态金属位于该管状结构中。第一液态金属和弹性体形成该结构的方法不限，包括注射、填充、共混、共挤出、同步注塑、3D打印等方式中一种或多种。

所述弹性体包括但不限于硅胶、聚氨酯(PU)、聚丙烯(PP)、聚亚酰胺 (PI)、聚酯类(PET、PBT等)、聚乳酸(PLA)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚乙烯醇(PVA)、SEBS、POE、Ecoflex等中的一种或多种。

柔性导电连接件与液态金属基柔性导线的连接方式不限，包括在相接触部位进行粘结、缝合、铆接、插拔、卡扣等方式等，或者通过柔性固定层将二者固定连接在一起。

所述柔性固定层由具有粘结作用的材料构成，包括但不限于胶水、硅胶、聚氨酯、聚丙烯、聚乙烯、环氧树脂、聚乳酸等材料中的一种或多种。

若干条丝状导电材料的排列方式不限，包括平行、交错、并行、螺旋编织、缠绕等方式中一种或多种。

所述丝状导电材料不限，包括金属丝、导电纱线、纤维状石墨烯、碳纳米管、纤维状石墨等中的一种或多种，以及它们与弹性材料形成的复合材料。所述金属丝不限，包括铜丝、金丝、银丝、铟丝、锡丝等。

柔性高分子材料包覆在丝状导电材料外围的方式不限，包括浸泡、蘸取、刮涂、化学生长、挤出、注塑、车、铣等方式中的一种或多种。作为优选，柔性高分子材料的包覆厚度为100纳米到500微米。

所述柔性高分子材料为柔性高分子绝缘材料，包括但不限于硅胶、聚氨酯 (PU)、聚丙烯(PP)、聚亚酰胺(PI)、聚酯类(PET、PBT等)、聚乳酸 (PLA)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚乙烯醇(PVA)等绝缘材料，金、银、铜、石墨烯、碳纳米管等导电纳米颗粒中的一种及多种与硅胶、聚氨酯(PU)、聚丙烯(PP)、聚亚酰胺(PI)、聚酯类(PET、PBT等)、聚乳酸(PLA)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚乙烯醇(PVA)、SEBS、POE、Ecoflex等复合形成的导电复合材料，导电胶、导电凝胶、导电银浆等商用化的导电材料等中的一种或多种。

所述第一液态金属与第二液态金属是在室温下为液态的导电材料，分别包括但不限于汞、镓铟合金、镓铟锡合金，以及过渡金属、固态非金属元素的一种或多种掺杂的镓铟合金、镓铟锡合金等金属导电体，离子导电液体或者导电凝胶。

本实用新型还提供一种制备所述柔性导电连接件的方法，包括如下步骤：

(1)将若干条丝状导电材料进行排列；

(2)在排列后的丝状导电材料外围包覆柔性高分子材料，并使丝状导电材料一端的端部裸露；

(3)在丝状导电材料的裸露端设置第二液态金属层。

所述步骤(2)中，使丝状导电材料一端的端部裸露的方法不限，包括剪、切、磨、等离子体处理、激光处理等方式中一种或多种。

所述步骤(3)中，第二液态金属层的形成方法不限，可以是将丝状导电材料浸入第二液态金属中使裸露端粘上第二液态金属，也可以是在丝状导电材料的裸露端滴涂第二液态金属等。

本实用新型采用柔性高分子材料包覆在丝状导电材料外围，并在一端设置第二液态金属层构成柔性导电连接件，具有如下有益效果：

(1)该柔性导电连接件结构简单，一方面能够保证与柔性导线的导电连接，另一方面具有柔性，性能稳定，因此与柔性导线构成了全柔性结构，使用舒适感强，在柔性电子技术，例如人机交互、人体健康/运动监测、智能服装等领域具有广泛的应用前景。

(2)液态金属基弹性导线在两端存在着一定渗漏风险，当柔性连接件与液态金属基弹性导线连接时，由于柔性高分子材料包覆在丝状导电材料外围，能够有效避免液态金属的渗漏，提高了弹性导线的稳定性。

(3)液态金属基弹性导线不可任意裁剪，当柔性连接件与液态金属基弹性导线连接时，可以在柔性连接件上进行裁剪，从而解决了弹性导线不可裁剪的问题。

(4)液态金属基弹性导线不具备可焊接特性，当液态金属基弹性导线两端连接柔性连接件而构成全柔结构时，可以通过柔性连接件直接焊接在其他元器件或电路板上，通用性更强。

附图说明

图1是本实用新型实施例1中柔性导线与柔性导电连接件的连接结构示意图。

图2是图1中柔性导电连接件的截面图。

图3是本实用新型实施例1中柔性导电连接件的制备过程示意图。

图1-3中的附图标记为：柔性导线10、第一液态金属11、弹性硅胶管12、柔性导电连接件20、柔性高分子材料21、丝状导电材料22、第二液态金属层 23、柔性固定层30、液体硅胶42、包覆硅胶的镀锡铜丝线束43、三氯化铁和盐酸的混合溶液44、第二液态金属45。

具体实施方式

以下结合附图与实施例对本实用新型作进一步详细描述，需要指出的是，以下所述实施例旨在便于对本实用新型的理解，而不对其起任何限定作用。

实施例1：

本实施例中，如图1所示，柔性导线10包含第一液态金属11，是将第一液态金属11填充在弹性硅胶管12中形成的，第一液态金属采用GaInSn。

如图1、2所示，柔性导电连接件20包括柔性高分子材料21与若干平行排列的条丝状导电材料22，柔性高分子材料21包覆在丝状导电材料22外围；沿着丝状导电材料的长度方向，丝状导电材料22的一端设置第二液态金属层23，并且第二液态金属层23与丝状导电材料22该端的端部导电连接；丝状导电材料 22的另一端与外部导电元件形成导电连接。

柔性导电连接件20与柔性导线10连接时，柔性导电连接件20中设置第二液态金属层23的一端伸入柔性导线10中，第二液态金属层23与柔性导线10中的第一液态金属相接触，形成导电连接。

本实施例中，柔性高分子材料21采用硅胶，丝状导电材料22采用8微米的镀锡铜丝，第二液态金属采用GaInSn。

本实施例中，柔性导电连接件20的制备方法如图3所示：

(1)如图(a)所示，准备13根8微米的镀锡铜丝线，将其平行排列，形成镀锡铜丝线束；

(2)如图(b)所示，将上述镀锡铜丝线束浸泡在硬度为50A的液体硅胶42 中，30分钟后取出，悬挂5分钟后，送至烘箱加热至100摄氏度，保持15分钟，得到如图(c)所示的外围包覆硅胶的镀锡铜丝线束43；

(3)如图(d)所示，在上述包覆硅胶的镀锡铜丝线束43的一端(记作B 端)垂直剪断端部，将镀锡铜丝露出来；

(4)如图(e)所示，将上述镀锡铜丝线束的B端浸泡在三氯化铁和盐酸的混合溶液44中，15s后，取出，清水清洗、吹风机吹干；然后，如图(f)所示，将该端浸泡在第二液态金属45中，整体放置在密闭环境中、抽真空至 -0.1MPa，破真空，取出，如图(g)所示镀锡铜丝线束的B端端部形成第二液态金属层23；将镀锡铜丝线束的另一端(记作A端)用火烧掉硅胶露出镀锡铜丝线，用于与导电元件进行导电连接。

该柔性导电连接件20与柔性导线10的连接方法如下：

将镀锡铜丝线束的B端伸入柔性导线10，使第二液态金属层与第一液态金属直接接触；将瞬干胶水滴涂在柔性导电连接件20与柔性导线10的接触部分四周，形成柔性固定层30使二者固定连接。

实施例2：

本实施例中，柔性导线10的结构与实施例1完全相同；柔性导电连接件20 的结构与实施例1基本相同，所不同的是丝状导电材料22并形排列，螺旋扭拧在一起。

柔性导电连接件20的制备方法与实施例1基本相同，所不同的是步骤(1) 中，是将13根8微米的镀锡铜丝线并行排列，轻轻螺旋扭拧在一起，形成镀锡铜丝线束。

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

Claims (6)

1.一种液态金属基柔性导线的柔性导电连接件，所述液态金属基柔性导线包括第一液态金属与弹性体，在拉伸条件下具有导电性；其特征是：

所述柔性导电连接件包括柔性高分子材料与若干条丝状导电材料，柔性高分子材料包覆在丝状导电材料外围；沿着丝状导电材料的长度方向，丝状导电材料的一端设置第二液态金属层，并且第二液态金属层与丝状导电材料端部导电连接；丝状导电材料的另一端与外部导电元件形成导电连接；

柔性导电连接件与柔性导线连接时，柔性导电连接件中设置第二液态金属层的一端伸入柔性导线中，第二液态金属层与柔性导线中的第一液态金属相接触，形成导电连接。

2.如权利要求1所述的柔性导电连接件，其特征是：所述弹性体呈管状结构，第一液态金属位于该管状结构中。

3.如权利要求1所述的柔性导电连接件，其特征是：柔性导电连接件与液态金属基柔性导线在相接触部位进行粘结、缝合、铆接、插拔、卡扣中的一种或者几种固定连接在一起。

4.如权利要求1所述的柔性导电连接件，其特征是：柔性导电连接件与液态金属基柔性导线在相接触部位通过柔性固定层固定连接在一起。

5.如权利要求1所述的柔性导电连接件，其特征是：若干条丝状导电材料的排列方式包括平行、交错、并行、螺旋编织、缠绕中的一种或多种。

6.如权利要求1至5中任一权利要求所述的柔性导电连接件，其特征是：柔性高分子材料的包覆厚度为100纳米到500微米。

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