一种液态金属结构及其瞬时图案化封装方法技术

本发明专利技术公开了一种液态金属结构及其瞬时图案化封装方法，所述方法包括：制备图形模板；其中，图形模板上具有凹槽；采用水溶性膜封住图形模板上的凹槽；通过正压填充法或负压填充法向凹槽中填充液态金属；将填充液态金属的图形模板放入去离子水中，去除水溶性膜得到液态金属结构。本发明专利技术中将水溶性膜设置在基板上，封住凹槽，用正压填充法或负压填充法向凹槽内注入液态金属，最后将填充液态金属的图形模板放入去离子水中去除水溶性膜，由于液态金属一直沉积在凹槽内，表面的水溶性膜不会对图案产生影响，所以液态金属图案化的分辨率很高。

A liquid metal structure and its instantaneous patterning packaging method

The invention discloses a liquid metal structure and an instantaneous patterning packaging method, the method comprises: preparing a pattern template, wherein, the pattern template has a groove, using a water-soluble film to seal the groove on the pattern template, filling the groove with liquid metal through a positive pressure filling method or a negative pressure filling method, and putting the pattern template filled with liquid metal into deionized water to remove The liquid metal structure was obtained by water-soluble membrane. In the invention, the water-soluble film is arranged on the base plate, the groove is sealed, the liquid metal is injected into the groove by the positive pressure filling method or the negative pressure filling method, and finally the pattern template filled with the liquid metal is put into the deionized water to remove the water-soluble film. Since the liquid metal has been deposited in the groove, the water-soluble film on the surface will not affect the pattern, so the resolution of the patterning of the liquid metal The rate is very high.

【技术实现步骤摘要】
一种液态金属结构及其瞬时图案化封装方法
本专利技术涉及液态金属图案化
，尤其涉及一种液态金属结构及其瞬时图案化封装方法。
技术介绍
镓（Ga）基液态金属由于其无毒性，高电/热导率，可变形性，自愈合能力等优异的性能和独特的表面化学性质而引起了很多关注。现已经在柔性电子，软体机器人，微流控，绿色合成和可穿戴传感领域发展了许多功能强大的应用。然而对于许多应用而言，一个关键的步骤是将液态金属图案化以构建功能组件和器件。然而，镓基液态金属具有高表面张力（>600mNm-1），因此倾向于保持球形以使得表面能最小。此外，液态金属在氧气作用下表面会产生金属氧化物层。这些特性使得难以用常规方式使液态金属形成特定图案。因此，使用已知的印刷方法（例如喷墨或丝网印刷）直接对液态金属进行图案化是非常困难的。在过去几年中已经开发了各种液态金属图案化技术，目前现有的技术有微流体注入，选择性润湿，液态金属悬浮印刷，模板光刻，还原印刷，压印光刻，选择性机械烧结，激光图案化，微接触印刷和三维印刷等。但都存在一定的制备过程繁琐，需要仪器较多，操作步骤困难，导致最后液态金属图案分辨率低，图案化成功率低，耗能高等问题。因此，现有技术还有待于改进和发展。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种液态金属结构及其瞬时图案化封装方法。本专利技术将水溶性膜设置在基板上，封住凹槽，用正压填充法或负压填充法向凹槽内注入液态金属，最后将填充液态金属的图形模板放入去离子水中去除水溶性膜，由于液态金属一直沉积在凹槽内，表面的水溶性膜不会对图案产生影响，解决了现有技术中液态金属图案化的过程繁琐，需要仪器较多，操作步骤困难，导致最后液态金属图案分辨率低的问题。本专利技术解决技术问题所采用的技术方案如下：一种液态金属结构的瞬时图案化封装方法，其中，包括以下步骤：制备图形模板；其中图形模板上具有凹槽；采用水溶性膜封住图形模板上的凹槽；通过正压填充法或负压填充法向凹槽中填充液态金属；将填充液态金属的图形模板放入去离子水中，去除水溶性膜。所述的液态金属结构的瞬时图案化封装方法，其中，所述正压填充法包括步骤：将填充液态金属的图形模板放入去离子水中，去除水溶性膜得到液态金属结构。所述的液态金属结构的瞬时图案化封装方法，其中，所述正压填充法包括步骤：在水溶性膜上对应凹槽两端处开设孔洞，然后通过注射器吸取液态金属后向任意一孔洞中注入液态金属。所述的液态金属结构的瞬时图案化封装方法，其中，所述负压填充法包括步骤：在水溶性膜上对应凹槽处开设孔洞，然后将液态金属放置孔洞处后进行抽真空处理，直至液态金属填满凹槽。所述的液态金属结构的瞬时图案化封装方法，其中，所述将填充液态金属的图形模板放入去离子水中，去除水溶性膜包括步骤：将填充液态金属的图形模板放入去离子水中，然后取出烘干得到液态金属结构。所述的液态金属结构的瞬时图案化封装方法，其中，所述水溶性膜的材料为水性聚氨酯、硝化纤维、聚乙烯醇、壳聚糖、甲壳素、纤维素、淀粉、丙烯酸酯中的一种。所述的液态金属结构的瞬时图案化封装方法，其中，所述制备图形模板具体包括步骤：在基板上通过光刻胶固化或3D打印形成凸起，在基板上覆盖一层覆盖物后固化，去除基板得到图形模板。所述的液态金属结构的瞬时图案化封装方法，其中，所述覆盖物为PDMS，PVA，Ecoflex或金属中的一种。所述的液态金属结构的瞬时图案化封装方法，其中，所述基板为硅片，所述液态金属为汞、汞合金、镓、或镓合金中的一种。所述的液态金属结构的瞬时图案化封装方法，其中，所述将填充液态金属的图形模板放入去离子水中的时间为25-35分钟。本专利技术还提供一种液态金属结构，采用如上述任一所述的液态金属结构的瞬时图案化封装方法制备而成。本专利技术所提供的一种液态金属结构及其瞬时图案化封装方法，在基板上设置凹槽，并在基板上设置水溶性膜封住凹槽，通过正压填充法或负压填充法向凹槽中填充液态金属，用去离子水去除水溶性膜，由于液态金属一直沉积在凹槽内，表面的水溶性膜不会对图案产生影响，所以液态金属图案化的分辨率很高。附图说明图1是本专利技术一种液态金属结构的瞬时图案化封装方法的较佳实施例的流程图。图2是本专利技术一种液态金属结构的瞬时图案化封装方法的较佳实施例的示意图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本专利技术进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。请参见图1，图1是本专利技术一种液态金属结构的瞬时图案化封装方法的较佳实施例的流程图。图1所示的一种液态金属结构的制备方法，包括如下步骤：S100、制备图形模板；其中，图形模板上具有凹槽。步骤S100具体为，根据所需要的不同图案（如螺旋线圈）的尺寸、形状等，选择不同的工艺，在基板上生成所需的图案，譬如可以采用将光刻胶涂覆在基板上，然后刻蚀出所需图案，其中，所述光刻胶具有很强的粘附性，能够很好地粘附在所述基板上，形成各式各样的图案，可以避免基板表面的图形变形，也能够经受住后续工艺的考验。当然也可以通过3D打印机一次打印出带有图案的基板，此时制得的基板上的图案是凸出于基板表面的，为了得到具有凹槽型图案的基板，还需在基板上（具有凸出图案的一面）涂覆一层覆盖物，待这层覆盖物固化成型后，将该层覆盖物揭下，就得到了具有凹槽型图案的图形模板。通过控制凸出图案的形状、尺寸、精度，可以得到相应形状、尺寸、精度的凹槽，凹槽的形状、尺寸、精度直接关系到后续液态金属结构的形状、尺寸、精度，这种方式比直接在直接在图形模板上直接开设凹槽更容易控制形状、大小、精度，得到更加优异的液态金属结构。优选地，所述基板为硅片，光刻胶可以很好地粘附在硅片上，再通过刻蚀可以得到所需的图案。所述覆盖物可以是不同于所述光刻胶的其他硅橡胶，如聚二甲基硅氧烷（PDMS）、聚乙烯醇（PVA）或Ecoflex（属于PBAT，一般归于塑料，PBAT属于热塑性生物降解塑料，是己二酸丁二醇酯和对苯二甲酸丁二醇酯的共聚物），也可以是其它高分子材料或金属等，当选用聚二甲基硅氧烷时，覆盖物固化成型具体为，恒温50-70℃下固化2-5小时，较佳的，温度可以设置在65℃，固化时间设置为3小时。S200、采用水溶性膜封住图形模板上的凹槽。步骤S200具体为，在图形模板上，设有凹槽的一面粘贴一层水溶性膜，水溶性膜的面积可与图形模板的面积大小相同，但一定要能够完全封住所述凹槽，使凹槽与外部空间隔绝。优选地，所述水溶性膜为水性聚氨酯、硝化纤维、聚乙烯醇、壳聚糖、甲壳素、纤维素、淀粉、丙烯酸酯中的一种。针对不同的图形模板表面，选择不同的水溶性膜，如果图形模板的表面平滑可以选用自身不带粘黏性但可以与图形模板平滑面紧密贴合的薄膜（如聚乙烯醇膜），如果图形模板的表面粗糙，则应该选本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种液态金属结构的瞬时图案化封装方法，其特征在于，包括以下步骤：/n制备图形模板；其中，图形模板上具有凹槽；/n采用水溶性膜封住图形模板上的凹槽；/n通过正压填充法或负压填充法向凹槽中填充液态金属；/n将填充液态金属的图形模板放入去离子水中，去除水溶性膜得到液态金属结构。/n

【技术特征摘要】
1.一种液态金属结构的瞬时图案化封装方法，其特征在于，包括以下步骤：
制备图形模板；其中，图形模板上具有凹槽；
采用水溶性膜封住图形模板上的凹槽；
通过正压填充法或负压填充法向凹槽中填充液态金属；
将填充液态金属的图形模板放入去离子水中，去除水溶性膜得到液态金属结构。


2.根据权利要求1所述的液态金属结构的瞬时图案化封装方法，其特征在于，所述正压填充法包括步骤：
在水溶性膜上对应凹槽两端处开设孔洞，然后通过注射器吸取液态金属后向任意一孔洞中注入液态金属。


3.根据权利要求1所述的液态金属结构的瞬时图案化封装方法，其特征在于，所述负压填充法包括步骤：
在水溶性膜上对应凹槽处开设孔洞，然后将液态金属放置孔洞处后进行抽真空处理，直至液态金属填满凹槽。


4.根据权利要求1所述的液态金属结构的瞬时图案化封装方法，其特征在于，所述将填充液态金属的图形模板放入去离子水中，去除水溶性膜包括步骤：
将填充液态金属的图形模板放入去离子水中，然后取出烘干得到液态金属结构。


5...

【专利技术属性】
技术研发人员：周学昌，滕龙，甘田生，周小虎，
申请(专利权)人：深圳大学，
类型：发明
国别省市：广东;44