一种基于复合液态金属的柔性导线制造技术

本发明专利技术提出一种基于复合液态金属的柔性导线，包括外部柔性基材、复合液态金属以及引线；所述外部柔性基材将复合液态金属完全或部分包裹；所述复合液态金属为两种以上的不同金属，其中有一种以上的金属在常温下保持液态，所述金属为单质金属或合金；所述引线与所述复合液态金属连接，用于将复合液态金属段延伸到与外部设备连接。本发明专利技术提供一种基于复合液态金属的柔性导线，外部柔性基材和液态金属极大地提高了上述导线的柔性。而复合液态金属因为其金属成分之间的互补性，可显著提高导线的使用寿命和工作稳定性，扩展其工作范围。

【技术实现步骤摘要】
一种基于复合液态金属的柔性导线
本专利技术属于导电材料领域，具体涉及一种基于液态金属的导线。
技术介绍
柔性电子器件由于其广阔的应用前景，成为了近几年市场和
追逐的热点之一。由于柔性电子设备不仅能满足人类对于可穿戴设备或植入式设备的要求，还是制作柔性机器人的必要零件，而导线作为任何电子设备的最基础单元，提高导线的性能具有重大意义。目前柔性导线主要问题包括使用寿命短，在恶劣环境难以正常工作，稳定性差等问题。因此对柔性导线进行优化是柔性电子设备制作的重要工作之一。采用基于复合液态金属的柔性导线可以有效地解决电极寿命短、稳定性差等缺点，能显著扩展柔性导线的适用范围。专利CN201610460935.7提出一种柔性导线，包括绝缘保护层和设于绝缘保护层内的导电线芯，导电线芯包括导电单元，其导电单元包括金属化纤维和金属丝，所述金属丝的材质选自铜、银、铝、镍、钴、金。该技术用作导电内芯的材料在常温下为固态，导致导线不可形变，常规的铜材料也容易折断，因此使用寿命短、抗干扰性能差、工作范围受限。液态金属除少数单质的汞、镓、铷、铯等，现多研究镓基合金，如镓姻合金(铟25％，熔点为16℃)、镓锡合金(锡8％，熔点20℃)等，液态金属的导电性、导热性、可变形性、延展性优于其他金属，但是纯液态金属导线在大的压力和反复的弯折下会出现断裂的问题，采用复合金属可以大大改善这个问题。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题为了解决上述柔性导线使用寿命短、抗干扰性能差、工作范围受限等问题，本专利技术的目的在于提供了一种柔性好、使用寿命长且可广泛应用到各类工作环境下的复合液态金属导线。本专利技术的另一目的是提供所述复合液态金属导线的应用。(二)技术方案实现本专利技术上述目的的技术方案为：一种基于复合液态金属的柔性导线，包括外部柔性基材、复合液态金属以及引线；所述外部柔性基材将复合液态金属完全或部分包裹；所述复合液态金属为两种以上的不同金属，其中有一种以上的金属在常温下保持液态，所述金属为单质金属或合金；所述引线与所述复合液态金属连接，用于将复合液态金属段延伸到与外部设备连接。包裹外部柔性基材采用的技术为已有的加工方法，如热压法，光刻技术，压印法等。进一步地，所述复合液态金属为两种以上的不同金属，其中至少一种金属为铋基合金、铜、银、金、铂中的一种，至少一种金属为镓基合金或汞。其中，所述外部柔性基材的材质为聚二甲基硅氧烷(PDMS)、1,1,2,2-四苯乙烯(TPE)，聚氨酯甲基丙烯酸酯(PUMA)中的一种或多种。本专利技术的一种优选技术方案为，所述复合液态金属是由分段相间设置的常温下液态金属和常温下固态金属组成的金属线段，液态金属有n段，固态金属有n+1段，所述金属线段的两端为常温下固态金属，n为1或大于1的整数。其中，所述复合液态金属制成圆柱形或棱柱形，圆柱形的截面直径为5μm到500μm，棱柱形的截面边长为5-500μm，长度可以根据实际情况，从1毫米到厘米量级，制备方法包括注射法(适用于液态)、溅射法、蒸镀法等。本专利技术另一种优选技术方案为，所述复合液态金属由2～3层常温下液态金属和常温下固态金属组成，液态金属和固态金属相间布置。其中，所述复合液态金属制成棱柱形的线段，截面边长为10μm～200μm，液态金属层和固态金属层的厚度互相独立地为10～100μm。复合液态金属线段的长度可以根据实际情况，从1毫米到厘米量级，制备方法包括注射法(适用于液态金属)、溅射法、蒸镀法等。本专利技术又一种优选技术方案为，所述复合液态金属由常温下液态金属和常温下固态金属组成，所述常温下固态金属以液滴形式分散在所述常温下液态金属中，固态金属液滴大小为100-1000微米。本专利技术再一种优选技术方案为，所述常温下固态金属包括低熔点金属和高熔点金属，所述低熔点金属和常温下液态金属分层或分段布置，所述复合液态金属制成金属线段，高熔点金属位于复合液态金属线段的两端；所述低熔点金属的熔点为50～100℃，所述高熔点金属的熔点为100～200℃。本专利技术所述的基于复合液态金属的柔性导线在电子设备制造中的应用。本专利技术所述的基于复合液态金属的柔性导线在电子设备制造中的应用。本专利技术的有益效果在于：本专利技术提供一种基于复合液态金属的柔性导线，外部柔性基材和液态金属极大地提高了上述导线的柔性。而复合液态金属因为其金属成分之间的互补性，可显著提高导线的使用寿命和工作稳定性，扩展其工作范围。该柔性导线易于加工和批量生产；同时选用生物相容性好的材料可以将导线应用在生物医疗器件上。例如做成PCR聚合酶链式反应器，该反应器需要提供不同温区，柔性导线可以作为加热电阻产生焦耳热，形成不同温区。附图说明图1为一种单层式镓基—铋基复合液态金属的柔性导线结构图图2为一种单层式固态—液态复合液态金属的柔性导线的结构图，图3a为双层式镓基—铋基复合液态金属的柔性导线的结构图，图3b为三层式镓基—铋基复合液态金属的柔性导线结构图。图4为一种液滴式镓基—铋基复合液态金属的柔性导线结构图。图5为一种多固态—液态复合液态金属的柔性导线结构图。图中，1、外部柔性基材；2、固态金属；3、液态金属；4、引线。5、低熔点固态金属，6、高熔点固态金属。具体实施方式下面通过最佳实施例来说明本专利技术。本领域技术人员所应知的是，实施例只用来说明本专利技术而不是用来限制本专利技术的范围。实施例中，如无特别说明，所用手段均为本领域常规的手段。实施例1：图1是根据本专利技术的一个较佳实施例的一种单层式镓基—铋基复合液态金属的柔性导线，包括：外部柔性基材1，铋基合金构成的固态金属2，液态金属3，引线4。图1中阴影部分为复合液态金属线段，铋基合金构成的固态金属段位于该复合液态金属线段的两端，镓基合金(镓铟合金：质量比为75.5：24.5的镓和铟，用水浴加热至100℃，则得到室温液态合金GaIn24.5)形成的液态金属段位于金属线段的中间。所述外部柔性基材的材质为聚二甲基硅氧烷(PDMS)。本实施例中，复合液态金属制成圆柱形，截面直径为10μm，长度可以根据实际情况，从1毫米到厘米量级，制备方法为注射法(适用于液态金属)和溅射法结合。在常温下，镓基合金为液态，而铋基合金为固态，从而形成性质上的互补。如图所述，当外界压力施加在导线上时，会导致外部柔性基材发生变形，挤压封装在内部的镓基合金段。而压力过大时，镓基液态金属很有可能从柔性基材中沿着引线挤压出来，从而导致导线失效。而复合液态金属导线的铋基合金段由于在常温下为固态，可以阻隔镓基合金段向外溢出，从而提高了导线的抗压性能和使用寿命。引线与复合液态金属保持接触，可将柔性导线进行延伸。横向对比的纯液态金属导线和本实施例复合液态金属导线，复合液态金属导线的能耐受的压力在相同条件下扩大1倍以上。本柔性导线用于制备PCR聚合酶链式反应器，该反应器需要提供不同温区，本柔性导线作为加热电阻产生焦耳热，形成不同温区。实施例2图2是根据本专利技术的一个较佳实施例的一种单层式固态—液态复合液态金属的柔性导线，包括：外部柔性基材1，固态金属2，液态金属3，引线4。所述外部柔性基材的材质为聚二甲基硅氧烷(PDMS)。复合液态金属制成四棱柱形，截面边长为30μm×200微米，制备方法为注射法(适用于液态金属)和溅射法结合。图2中阴影部分为复合液态金本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于复合液态金属的柔性导线，其特征在于，包括外部柔性基材、复合液态金属以及引线；所述外部柔性基材将复合液态金属完全或部分包裹；所述复合液态金属为两种以上的不同金属，其中有一种以上的金属在常温下保持液态，所述金属为单质金属或合金；所述引线与所述复合液态金属连接，用于将复合液态金属段延伸到与外部设备连接。

【技术特征摘要】
1.一种基于复合液态金属的柔性导线，其特征在于，包括外部柔性基材、复合液态金属以及引线；所述外部柔性基材将复合液态金属完全或部分包裹；所述复合液态金属为两种以上的不同金属，其中有一种以上的金属在常温下保持液态，所述金属为单质金属或合金；所述引线与所述复合液态金属连接，用于将复合液态金属段延伸到与外部设备连接。2.根据权利要求1所述的基于复合液态金属的柔性导线，其特征在于，所述复合液态金属为两种以上的不同金属，其中至少一种金属为铋基合金、铜、银、金、铂中的一种，至少一种金属为镓基合金或汞。3.根据权利要求1所述的基于复合液态金属的柔性导线，其特征在于，所述外部柔性基材的材质为聚二甲基硅氧烷、1,1,2,2-四苯乙烯，聚氨酯甲基丙烯酸酯中的一种或多种。4.根据权利要求1～3任一项所述的基于复合液态金属的柔性导线，其特征在于，所述复合液态金属是由分段相间设置的常温下液态金属和常温下固态金属组成的金属线段，液态金属有n段，固态金属有n+1段，所述金属线段的两端为常温下固态金属，n为1或大于1的整数。5.根据权利要求4所述的基于复合液态金属的柔性导线，其特征在于，所述复合液态金属制成圆柱形或棱柱形的线段，圆柱形的截面直径...

【专利技术属性】
技术研发人员：桂林，张伦嘉，高猛，
申请(专利权)人：中国科学院理化技术研究所，中国科学院大学，
类型：发明
国别省市：北京,11