一种液态金属柔性微电路的制备方法及其应用与流程

1.本发明涉及柔性导电材料技术领域，尤其涉及一种液态金属柔性微电路的制备方法及其应用。


背景技术：

2.随着科学技术的不断发展，电子材料在柔性电子设备中的应用越来越广泛，开发高性能柔性电子材料对各种新型应用场景具有十分重要的意义。与较大的柔性电路相同，柔性微电路可承受弯曲、扭曲和折叠，在可穿戴设备及医疗等方面有广泛的应用，同时柔性微电路体积小、重量轻，可安装在狭小和不规则的空间内，适用范围广，在保持电路功能的同时可大大降低对重量和空间的要求。
3.目前，柔性微电路通常是在聚酯上丝网印刷银电路，该制备工艺复杂，且其柔性受限，而液态金属的导电性能良好，常温下呈液态且具有流动性，将液态金属应用于柔性微电路领域势在必行。因此，如何设计一种液态金属的柔性微电路，以降低制备工艺难度，提高导电性能，是当下亟需解决的问题。


技术实现要素：

4.本发明为解决上述问题，提供了一种液态金属柔性微电路的制备方法及其应用，通过将液态金属与柔性液态基充分混合并静置沉积，固化后形成含有液态金属导电层的柔性薄片，用微针轻划液态金属沉积面，得到液态金属柔性微电路。本方案制备方法简单，可用于复杂形貌下的导电电路制备。
5.为达到上述目的，本发明提出如下技术方案：一种液态金属柔性微电路的制备方法，包括如下步骤：
6.s1：将液态金属与柔性液态基充分混合后在混合物内加入固化剂；
7.s2：进一步搅拌加入了固化剂的混合物后将混合物静置沉积；
8.s3：将静置沉积后的沉积物进行加热处理；
9.s4：将加热处理后的沉积物冷却至室温；
10.s5：用微针轻划沉积物的沉积面，得到液态金属柔性微电路。
11.优选的，液态金属与柔性液态基的质量比为4:10～10:10。
12.优选的，液态金属选用镓铟合金、镓铟锡合金、镓铟锌合金、镓铟锡锌合金中的任意一种。
13.优选的，当液态金属中包含铟、锌、锡、镓中的两种或两种以上时，铟含量不超过50wt％；锌、锡的含量均不超过10wt％。
14.优选的，当液态金属为镓铟合金时，镓和铟的质量比为90:10～75.5:24.5。
15.优选的，当液态金属选用镓铟合金时，镓为75.5wt％，铟为24.5wt％；当液态金属选用镓铟锡合金时，镓为68.5wt％，铟为21.5wt％，锡为10wt％；当液态金属选用镓铟锌合金时，镓为72％，铟为20％，锌为8％；当液态金属选用镓铟锡锌合金时，镓为62wt％，铟为
21wt％、锡为10wt％、锌为7wt％。
16.优选的，柔性液态基选自pdms、硅胶或eco-flex中的一种。
17.优选的，步骤s5中得到的柔性微电路的线宽范围为0.2～2.0mm。
18.由上述液态金属柔性微电路的制备方法所制备的柔性微电路在复杂形貌下作为导电电路的应用。
19.优选的，复杂形貌下的导电电路为薄片状，导电电路的厚度范围为0.161～1.434mm。
20.本发明有益效果是：
21.1、本发明中将液态金属与柔性液态基充分混合并静置沉积，固化后形成含有液态金属导电层的柔性薄片，用微针轻划液态金属沉积面，可得到液态金属柔性微电路，本方案制备方法简单易实施，导电性能良好。
22.2、本发明中制备的液态金属柔性微电路可用于复杂形貌下的导电电路制备，该导电电路可广泛适用于电子通信、可穿戴设备、医疗设备、航空航天等重要领域，具有广泛的应用前景。
附图说明
23.图1是本发明实施例一提供的液态金属沉积面的光学显微镜图。
24.图2是本发明实施例一提供的液态金属柔性微电路的光学显微镜图。
25.图3是本发明实施例一提供的0.1v下电流随时间的变化关系图。
具体实施方式
26.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图1-3及具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，而不构成对本发明的限制。
27.实施例一
28.一种液态金属柔性微电路的制备方法，包括如下步骤：
29.s1：将液态金属与柔性液态基充分混合，并将液态金属与柔性液态基的混合物充分搅拌至水泥状，后在混合物内加入固化剂。液态金属选用镓铟合金、镓铟锡合金、镓铟锌合金、镓铟锡锌合金中的任意一种；柔性液态基选自pdms、硅胶或eco-flex中的一种。液态金属与柔性液态基的质量比为4:10～10:10。将液态金属按一定的配比将各合金组分混合，再在100～300℃下烘箱内进行磁力搅拌1～12h，冷却至室温，得到液态金属。
30.s2：进一步搅拌加入了固化剂的混合物后将混合物静置沉积。
31.s3：将静置沉积后的沉积物进行加热处理；将加热台预热到70～85℃，再将沉积物放置于加热台上加热。
32.s4：将加热处理后的沉积物冷却至室温。
33.s5：用微针轻划沉积物的沉积面，得到液态金属柔性微电路，柔性微电路的线宽范围为0.2～2.0mm。
34.由上述液态金属柔性微电路的制备方法所制备的柔性微电路可在复杂形貌下作为导电电路的应用；复杂形貌下的导电电路为薄片状，导电电路的厚度范围为0.161～
1.434mm。
35.本实施例中柔性微电路的制备步骤具体如下：
36.1)液态金属选用选用ga镓、in铟，铟含量不超过50wt％；镓和铟的质量比为90:10～75.5:24.5，优选为75.5:24.5，即镓为75.5wt％，铟为24.5wt％；在100℃的烘箱内使镓、铟合金化，1小时后取出，再在室温下冷却，得到室温下的液态金属合金。
37.2)将5g液态金属与5gpdms混合并充分搅拌至水泥状，再加入0.5g固化剂，继续搅拌；液态金属与柔性液态基的质量比为10:10；
38.3)在室温下静置沉积2h；
39.4)预热加热台到85℃，将置有沉积物的培养皿放在加热台上加热，2h后取下培养皿，在室温下冷却，固化后形成含有液态金属导电层的柔性薄片，将薄片状剥离培养皿。
40.5)用微针轻划液态金属柔性薄片的沉积面，即得到液态金属柔性微电路。液态金属柔性微电路的整体厚度为0.495mm，液态金属沉积面上所划的线宽为0.3mm。
41.由图1中本实施例所制得的液态金属沉积面的微观结构可知液态金属沉积基本完全；由图2中本实施例所制得的液态金属柔性微电路的微观结构可知液态金属柔性微电路连通良好；由图3中0.1v下电流随时间的变化关系图，可知液态金属柔性微电路的导电性能良好，电阻稳定。
42.实例中所涉及的pdms来源于道康宁(道康宁(中国)投资有限公司)，cas登记号：9006-65-9。
43.实施例二
44.1)液态金属选用镓、铟、锡；在120℃的烘箱内使镓、铟、锡合金化，1小时后取出，再在室温下冷却，得到室温下的液态金属。铟含量不超过50wt％；锡的含量不超过10wt％；优选为镓为68.5wt％，铟为21.5wt％，锡为10wt％。
45.2)将4g液态金属与4geco-flex混合并充分搅拌至水泥状，再加入4g固化剂，继续搅拌；液态金属与柔性液态基的质量比为10:10；
46.3)通过冷水浴静置法或冰箱静置法静置沉积50-60min；
47.4)预热加热台到85℃，将置有沉积物的培养皿放在加热台上加热，2h后取下培养皿，在室温下冷却，固化后形成含有液态金属导电层的柔性薄片，将薄片状剥离培养皿。
48.5)用微针轻划液态金属柔性薄片的沉积面，即得到液态金属柔性微电路。
49.eco-flex来源于美国smooth-on，cas登记号：68909-20-6。
50.实施例三
51.1)液态金属选用镓、铟、锌；在100℃的烘箱内使镓、铟、锌合金化，1小时后取出，再在室温下冷却，得到室温下的液态金属，其中镓的含量为72wt％，铟的含量为20wt％，锌的含量为8wt％。
52.2)将5g液态金属与5geco-flex混合并充分搅拌至水泥状，再加入5g固化剂，继续搅拌；液态金属与柔性液态基的质量比为10:10；
53.3)通过冷水浴静置法或冰箱静置法静置沉积50-60min；
54.4)预热加热台到85℃，将置有沉积物的培养皿放在加热台上加热，2h后取下培养皿，在室温下冷却，固化后形成含有液态金属导电层的柔性薄片，将薄片状剥离培养皿。
55.5)用微针轻划液态金属柔性薄片的沉积面，即得到液态金属柔性微电路。
56.实施例四
57.1)液态金属选用镓、铟、锌、锡；在120℃的烘箱内使镓、铟、锌、锡合金化，1小时后取出，再室温冷却，得到室温下的液态金属。镓为62wt％，铟为21wt％、锡为10wt％、锌为7wt％。
58.2)将6g液态金属与6g硅胶混合并充分搅拌至水泥状，再加入0.1g固化剂，继续搅拌；液态金属与柔性液态基的质量比为10:10；
59.3)在室温下静置沉积2h；
60.4)预热加热台到85℃，将置有沉积物的培养皿放在加热台上加热，2h后取下培养皿，在室温下冷却，固化后形成含有液态金属导电层的柔性薄片，将薄片状剥离培养皿。
61.5)用微针轻划液态金属柔性薄片的沉积面，即得到液态金属柔性微电路。
62.尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制。本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
63.以上本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所做出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。

技术特征：
1.一种液态金属柔性微电路的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：s1：将液态金属与柔性液态基充分混合后在混合物内加入固化剂；s2：进一步搅拌加入了固化剂的混合物后将混合物静置沉积；s3：将静置沉积后的沉积物进行加热处理；s4：将加热处理后的沉积物冷却至室温；s5：用微针轻划沉积物的沉积面，得到液态金属柔性微电路。2.根据权利要求1所述的液态金属柔性微电路的制备方法，其特征在于，所述液态金属与柔性液态基的质量比为4:10～10:10。3.根据权利要求2所述的液态金属柔性微电路的制备方法，其特征在于，所述液态金属选用镓铟合金、镓铟锡合金、镓铟锌合金、镓铟锡锌合金中的任意一种。4.根据权利要求3所述的液态金属柔性微电路的制备方法，其特征在于，当液态金属中包含铟、锌、锡、镓中的两种或两种以上时，铟含量不超过50wt％；锌、锡的含量均不超过10wt％。5.根据权利要求4所述的液态金属柔性微电路的制备方法，其特征在于，当液态金属为镓铟合金时，镓和铟的质量比为90:10～75.5:24.5。6.根据权利要求5所述的液态金属柔性微电路的制备方法，其特征在于，当液态金属选用镓铟合金时，镓为75.5wt％，铟为24.5wt％；当液态金属选用镓铟锡合金时，镓为68.5wt％，铟为21.5wt％，锡为10wt％；当液态金属选用镓铟锌合金时，镓为72％，铟为20％，锌为8％；当液态金属选用镓铟锡锌合金时，镓为62wt％，铟为21wt％、锡为10wt％、锌为7wt％。7.根据权利要求1-6中任一项所述的液态金属柔性微电路的制备方法，其特征在于，所述柔性液态基选自pdms、硅胶或eco-flex中的一种。8.根据权利要求7所述的液态金属柔性微电路的制备方法，其特征在于，步骤s5中得到的柔性微电路的线宽范围为0.2～2.0mm。9.根据权利要求1-8中任一项所述的液态金属柔性微电路的制备方法所制备的柔性微电路在复杂形貌下作为导电电路的应用。10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，所述复杂形貌下的导电电路为薄片状，导电电路的厚度范围为0.161～1.434mm。

技术总结
本发明涉及柔性导电材料领域，具体提供了一种液态金属柔性微电路的制备方法及其应用，先将液态金属与柔性液态基充分混合后在混合物内加入固化剂；再进一步搅拌加入了固化剂的混合物、将混合物静置沉积，并对沉积物进行加热处理；再将加热处理后的沉积物冷却至室温后，用微针轻划沉积物的沉积面，得到液态金属柔性微电路；本发明中的液态金属选用镓铟合金、镓铟锡合金、镓铟锌合金、镓铟锡锌合金中的任意一种，柔性液态基选自PDMS、硅胶或Eco-flex中的一种。本发明中的制备方法简单易实施，所制备的柔性微电路导电性能良好，可用于复杂形貌下的导电电路制备，可广泛适用于电子通信、可穿戴设备、医疗设备、航空航天等重要领域。域。域。


技术研发人员：展嘉烨 王磊 盛磊 袁晓龙
受保护的技术使用者：空间液金技术研究（昆山）有限公司
技术研发日：2023.05.31
技术公布日：2023/8/13