液态金属复合多孔弹性纤维及其制备方法和应用与流程

本发明涉及弹性导电材料，特别是涉及一种液态金属复合多孔弹性纤维及其制备方法和应用。

背景技术：

1、液态金属在室温的条件下为液体状态，流动性好，在大应变下有优异的导电稳定性，十分适合作为柔性器件的导电材料，将液态金属与弹性体材料结合是制备弹性导电纤维的理想方法。但是，目前制成的弹性导电纤维在复杂的应变情况下，其导电稳定性差，导电性能不佳。

2、并且，由于液态金属表面张力为0.718n/m，与大多数成纤聚合物不亲润，难结合。目前，弹性导电纤维常用的制备方法有两种，第一种是表面覆盖法：用涂刷或喷涂的方式将液态金属加载在纤维束外表面，但是此种方法制成的弹性导电纤维，参与导电的只有最外表层的液态金属，电学稳定性差，比如，现有技术中将液态金属通过印刷或喷涂的方式添加到纤维表面，制备得到的弹性导电纤维在180％拉伸应变下，电阻变化率为4.9，电阻变化较大。第二种是管道法：通过各种方式将液态金属添加至柔性纤维管内部，得到芯-鞘结构的纤维，这种方式得到的弹性导电纤维，在加入液体金属时需要克服巨大的表面张力或需要对纤维进行后处理才能激活导电通路，比如，现有技术中通过同轴湿法纺丝方法将液态金属-柔性聚合物前体与柔性绝缘封装层溶液同时挤出得到纤维，该纤维需要通过超声后处理激活导电通路，制备方法复杂。这两种方法都依赖液态金属在空气中形成的氧化镓皮层，氢键和范德华相互作用使得氧化镓皮层能够黏附在纤维表面。然而该氧化镓皮层不可拉伸且电导率低，采用该氧化镓皮层作为液态金属和纤维的连接部分会大大降低纤维的综合性能。另外，采取以上两种方法在无氧环境下制备弹性导电纤维时，液态金属与弹性纤维的表面浸润性差，液态金属无法黏附在纤维表面，导致无法在无氧环境下形成弹性导电纤维。

技术实现思路

1、基于此，有必要针对上述问题，提供一种液态金属复合多孔弹性纤维及其制备方法和应用，所述液态金属复合多孔弹性纤维具有超高的整体电导率，以及大应变下稳定的导电能力，且制备方法简单。

2、一种液态金属复合多孔弹性纤维，包括多孔弹性纤维、金属纳米颗粒以及液态金属，所述金属纳米颗粒包裹在所述多孔弹性纤维的表面，所述液态金属附着在所述金属纳米颗粒和/或所述多孔弹性纤维的表面，且所述金属纳米颗粒在所述液态金属复合多孔弹性纤维中的含量为0.1g/cm3-0.81g/cm3，部分所述液态金属进入所述多孔弹性纤维中，其中，所述金属纳米颗粒能够与所述液态金属形成合金。

3、在其中一个实施例中，所述多孔弹性纤维选自多孔苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物纤维、氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物中的至少一种。

4、在其中一个实施例中，所述金属纳米颗粒选自银纳米颗粒。

5、在其中一个实施例中，所述液态金属选自镓铟合金、镓铟锡合金的至少一种。

6、在其中一个实施例中，所述多孔弹性纤维的孔隙率为65％-80％。

7、在其中一个实施例中，所述液态金属复合多孔弹性纤维还包括弹性纤维封装层，且所述弹性纤维封装层位于所述液态金属复合多孔弹性纤维的最外层。

8、一种如上述所述的液态金属复合多孔弹性纤维的制备方法，包括以下步骤：

9、采用静电纺丝工艺制成多孔弹性纤维；

10、在所述多孔弹性纤维的表面化学沉积金属纳米颗粒并干燥，得到金属纳米颗粒包裹的多孔弹性纤维；

11、将液态金属置于所述金属纳米颗粒包裹的多孔弹性纤维上，得到液态金属复合多孔弹性纤维。

12、在其中一个实施例中，将液态金属置于所述金属纳米颗粒包裹的多孔弹性纤维上的步骤之后，还采用静电纺丝工艺，在最外层形成弹性纤维封装层。

13、在其中一个实施例中，在化学沉积的步骤中，将所述多孔弹性纤维依次置于含有金属离子的前驱体溶液和还原溶液中。

14、一种如上述所述的液态金属复合多孔弹性纤维在可穿戴设备中的应用。

15、本发明的液态金属复合多孔弹性纤维中，一方面，液态金属能够与金属纳米颗粒通过金属之间的作用形成合金，且金属纳米颗粒包裹在多孔弹性纤维表面，从而能够提高液态金属在多孔弹性纤维表面的浸润性，提升液态金属和多孔弹性纤维之间的结合力，进而通过多孔弹性纤维、金属纳米颗粒以及液态金属的共同作用，综合提升液态金属复合多孔弹性纤维的导电性能，使其具有超高的整体电导率；另一方面，液态金属能顺着特定含量的金属纳米颗粒进入多孔弹性纤维的内部，从而在拉伸过程中，多孔弹性纤维和液态金属同步变形，能够实现在大应变下保持良好的电学稳定性，且在长时间反复拉伸的情况下，电学性能优异。

16、此外，本发明的液态金属复合多孔弹性纤维具有多孔的透气结构，与致密的纤维基底相比，有更好的透气性，从而应用于人体皮肤表面时，有利于气体和汗液的排出，避免过敏红肿等情况发生。

技术特征：

1.一种液态金属复合多孔弹性纤维，其特征在于，包括多孔弹性纤维、金属纳米颗粒以及液态金属，所述金属纳米颗粒包裹在所述多孔弹性纤维的表面，所述液态金属附着在所述金属纳米颗粒和/或所述多孔弹性纤维的表面，且所述金属纳米颗粒在所述液态金属复合多孔弹性纤维中的含量为0.1g/cm3-0.81g/cm3，部分所述液态金属进入所述多孔弹性纤维中，其中，所述金属纳米颗粒能够与所述液态金属形成合金。

2.根据权利要求1所述的液态金属复合多孔弹性纤维，其特征在于，所述多孔弹性纤维选自多孔苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物纤维、氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的液态金属复合多孔弹性纤维，其特征在于，所述金属纳米颗粒选自银纳米颗粒。

4.根据权利要求1所述的液态金属复合多孔弹性纤维，其特征在于，所述液态金属选自镓铟合金、镓铟锡合金中的至少一种。

5.根据权利要求1所述的液态金属复合多孔弹性纤维，其特征在于，所述多孔弹性纤维的孔隙率为65％-80％。

6.根据权利要求1-5任一项所述的液态金属复合多孔弹性纤维，其特征在于，所述液态金属复合多孔弹性纤维还包括弹性纤维封装层，且所述弹性纤维封装层位于所述液态金属复合多孔弹性纤维的最外层。

7.一种如权利要求1-6任一项所述的液态金属复合多孔弹性纤维的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

8.根据权利要求7所述的液态金属复合多孔弹性纤维的制备方法，其特征在于，将液态金属置于所述金属纳米颗粒包裹的多孔弹性纤维上的步骤之后，还采用静电纺丝工艺，在最外层形成弹性纤维封装层。

9.根据权利要求7所述的液态金属复合多孔弹性纤维的制备方法，其特征在于，在化学沉积的步骤中，将所述多孔弹性纤维依次置于含有金属离子的前驱体溶液和还原溶液中。

10.一种如权利要求1-6任一项所述的液态金属复合多孔弹性纤维在可穿戴设备中的应用。

技术总结本发明涉及一种液态金属复合多孔弹性纤维，包括多孔弹性纤维、金属纳米颗粒以及液态金属，所述金属纳米颗粒包裹在所述多孔弹性纤维的表面，所述液态金属附着在所述金属纳米颗粒和/或所述多孔弹性纤维的表面，且所述金属纳米颗粒在所述液态金属复合多孔弹性纤维中的含量为0.1g/cm<supgt;3</supgt;‑0.81g/cm<supgt;3</supgt;，部分所述液态金属进入所述多孔弹性纤维中，其中，所述金属纳米颗粒能够与所述液态金属形成合金。本发明还涉及一种液态金属复合多孔弹性纤维的制备方法和应用。本发明所述液态金属复合多孔弹性纤维具有超高的整体电导率，以及大应变下稳定的导电能力，且制备方法简单。技术研发人员：马志军,周宁静,瞿瑞祥受保护的技术使用者：之江实验室技术研发日：技术公布日：2024/5/29