一种液态金属墨水及其制备方法

本发明涉及液态金属墨水的制备，具体涉及一种液态金属墨水及其制备方法。

背景技术：

1、传统的墨水一般由碳基色素或染料制成，被用于书写或绘画。传统墨水可调制成各种各样的颜色，但大多数碳基墨水都不具有导电性。液态金属是一种新型的导电油墨，其通常是指熔点低于200℃的低熔点合金，由于其熔点较低，所以在室温下呈液态。与传统流体相比，液态金属具有优异的导热性和导电性，液相温度范围广，因此越来越多地被研究。目前研究者基于各种方法将液态金属用于制造电路，但直接用液态金属墨水以打印的方式实现柔性电路的研究较少，这是由于液态金属具有显著的表面张力，使其容易团聚成低表面能的球体，而不容易在衬底上形成线条和图案化的制作。为此，与液态金属有着良好润湿性的衬底材料通常用聚合物衬底，如聚氯乙烯(pvc)和聚二甲基硅氧烷(pdms)等，液态金属在其他类型的衬底材料上(如纸张，玻璃和ecoflex等)则不容易实现粘附。

2、为了降低液态金属的表面张力，目前通常将液态金属与金属氧化物或导电材料(四氧化三铁颗粒、铜颗粒、碳纳米管等)掺杂，制备出满足各种需求和特性的可拉伸电子器件，如磁性软体机器人。近年来，研究人员将液态金属用于印刷电子的制作，他们发现液态金属糊体的形成可以通过金属颗粒(铜颗粒，四氧化三铁等)与液态金属混合而得到，这些糊状物具有可塑性和低流动性的特点，同时不影响液态金属的高导电性。与纯液态金属相比，液态金属糊状物与各种衬底材料的润湿性更好，突出的亮点在于能够在疏氧的纸上实现粘附。在前人的实验基础上得到进一步验证，液态金属糊状物能够实现像普通涂料的效果，这种液态金属糊状物通过滚筒或刷子或刮刀印刷在各种基材的表面上。这些方法能够帮助液态金属用于平面上直接打印图案或电路。

3、基于液态金属与金属颗粒能够形成糊状物的这一特性，那么通过加入非金属氧化物二氧化硅微粒是否也能与液态金属形成糊状物这个特性。实验证明加入二氧化硅这种不与液态金属反应的材料，其在液态金属中可以保持稳定，不影响液态金属本身的导电性，它能够与液态金属通过搅拌形成具有一定流变特征的液态金属糊状物。此外，加入二氧化硅能够有效地提高了液态金属与各种衬底材料粘附性，使液态金属能够通过3d打印技术构造。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种液态金属墨水及其制备方法，通过在液态金属中加入非金属氧化物二氧化硅制得的墨水可以在各种基底材料上实现图案化和打印柔性电路，提供更加便捷的方式使液态金属用于增材制造。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种液态金属墨水，按质量百分比计，包括以下原料：80wt％-99wt％镓铟液态金属以及1wt％-20wt％二氧化硅颗粒。

3、优选的，所述二氧化硅颗粒为微米级二氧化硅颗粒。

4、优选的，所述镓铟液态金属为76％的镓和24％的铟混合制备的共晶金属合金，室温下为液态；所述二氧化硅颗粒的直径为10μm。

5、本发明还提供了上述一种液态金属墨水的制备方法，包括以下步骤：

6、s1、取一定量的镓铟液态金属和二氧化硅颗粒备用；

7、s2、先将镓铟液态金属置于烧杯中，然后加入二氧化硅颗粒，并将磁性转子放入烧杯中；

8、s3、将烧杯放置于磁力搅拌器中进行搅拌，得到液态金属墨水。

9、优选的，所述步骤s3中搅拌的具体操作为：先以500转/分钟的转速搅拌5分钟，然后以1800转/分钟的转速搅拌15分钟。

10、二氧化硅加入液态金属中首先与液态金属的氧化膜相接触，在这个过程中，二氧化硅会逐渐包裹上液态金属的氧化膜，同时会逐渐的消耗液态金属的氧化膜，当液态金属的膜消耗完之后，会重新生成一张新的液态金属氧化膜，这种新形成的氧化膜有较强的黏附性，能够有效提高液态金属在各种衬底材料上实现图案化和制成传感器电路。

11、因此，本发明提供了一种液态金属墨水及其制备方法，针对现有技术，具体有益效果如下：

12、(1)本发明通过在液态金属中加入二氧化硅颗粒，经过搅拌之后，液态金属的表面张力降低并且黏附性有效提高，能够实现在基底上打印各种图案；

13、(2)本发明制得的液态金属墨水可以实现在各种基底上打印柔性电路以及实现图案化，提供了更加便捷的方式使液态金属用于增材制造，提高了液态金属的利用率；

14、(3)原料简单，制备方式简单易实现，不需要复杂的装置和设备就可以实现，降低了生产成本；

15、(4)制备完的液态金属墨水还可以通过加入酸等方式实现二氧化硅与液态金属的分离，可以回收重复利用，提高了环保性。

16、下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

技术特征：

1.一种液态金属墨水，其特征在于，按质量百分比计，包括以下原料：80wt％-99wt％镓铟液态金属以及1wt％-20wt％二氧化硅颗粒。

2.根据权利要求1所述的一种液态金属墨水，其特征在于：所述二氧化硅颗粒为微米级二氧化硅颗粒。

3.根据权利要求2所述的一种液态金属墨水，其特征在于：所述镓铟液态金属为76％的镓和24％的铟混合制备的共晶金属合金，室温下为液态；所述二氧化硅颗粒的直径为10μm。

4.如权利要求1-3任一项所述的一种液态金属墨水的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

5.根据权利要求4所述的一种液态金属墨水的制备方法，其特征在于，所述步骤s3中搅拌的具体操作为：先以500转/分钟的转速搅拌5分钟，然后以1800转/分钟的转速搅拌15分钟。

技术总结本发明公开了一种液态金属墨水及其制备方法，属于液态金属墨水的制备技术领域。包括以下步骤：S1、取一定量的镓铟液态金属和微米级二氧化硅颗粒备用；S2、先将镓铟液态金属置于烧杯中，然后加入微米级二氧化硅颗粒，并将磁性转子放入烧杯中；S3、将烧杯放置于磁力搅拌器中进行搅拌，得到液态金属墨水。本发明提供的一种液态金属墨水及其制备方法，利用该方法制得的墨水可以实现在各种基底上打印柔性电路以及实现图案化，提供更加便捷的方式使液态金属用于增材制造。技术研发人员：王奔,陈文富,叶芷澄,沈杰受保护的技术使用者：深圳大学技术研发日：技术公布日：2024/7/4