液态金属泡沫复合材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种液态金属泡沫复合材料及其制备方法和应用，具体公开了一种液态金属电磁屏蔽泡沫复合材料的制备方法，其包括以下步骤：1)将液态金属和可膨胀微球混合均匀获得复合体系；2)将复合体系置于模具中，加盖封闭，加热至可膨胀微球的膨胀温度以上，反应至可膨胀微球膨胀，且表面的热塑性聚合物已热熔烧结成型；然后进行冷却脱模，获得液态金属电磁屏蔽泡沫复合材料。本发明专利技术还公开由上述方法制备得到的复合材料。本发明专利技术所制备的泡沫复合材料具有低密度、高导电、高电磁屏蔽效能等优势，同时制备过程简单，易操作，易于工业化规模生产。易于工业化规模生产。易于工业化规模生产。

【技术实现步骤摘要】
液态金属泡沫复合材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及功能复合材料领域，具体涉及一种液态金属泡沫复合材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]随着现代电子工业的高速发展，电子电器和无线电通讯得以普遍使用，电磁辐射己成为继噪声污染、大气污染、水污染、固体废物污染之后的又一大公害。电磁波不仅干扰着各种电子设备的正常运行，威胁通信设备的信息安全，而且对人类的身体健康会产生极大危害。目前消除电磁波危害的主要方法是采用电磁屏蔽材料对其进行屏蔽。因此，探索高效的电磁屏蔽材料已经成为迫切需要解决的问题。根据应用场景，应用于电子设备连接处的电磁屏蔽密封材料往往是一类电磁屏蔽泡沫复合材料，需要能够实现低密度，高压缩，高导电等目标。
[0003]目前，制备电磁屏蔽泡沫复合材料主要是将导电填料添加到聚合物基体中，通过物理发泡，化学发泡，取向冷冻干燥，模板等方法来实现材料的泡沫化。然而，这些方法往往存在填料含量高，副产物污染环境，生产工艺复杂等问题。因此，实现电磁屏蔽泡沫复合材料在密度调控性，力学性能调控，电磁屏蔽高效化，生产操作性等方面的综合提升具有重要意义。
[0004]液态金属(LM)以其优异的导电率、导热率、生物安全性以及非凡的流动性，逐渐成为许多前沿科学和
中备受重视的热点材料。但是也是由于其具有流动性，影响了其做为导电材料或电磁屏蔽方面的应用。在液态金属领域，有研究将其作为涂层进行应用，但是涂层存在稳固性差的问题，有人为了解决稳固性差的问题，而将其设计到夹层中，这种设计虽然解决了稳固性问题，但是由于夹层的设计导致损失了导电和电磁屏蔽性能。还有的方案将其分散成微粒，并分散于有机基质中，但是由于其分散性也导致失去了导电和电磁屏蔽性能，而且密度比较高，无法实现轻质的效果。此外，还有设计在液态金属中加入了一定固体颗粒，以期增加液态金属的可塑性，但是这种方法得到的产品虽然增加了一定的成形性，但是无法实现具有一定力学强度，在按压过程中会存在变形的问题，且也无法实现轻质的效果。因此，虽然现有技术中以液态金属为基础成分或扩展载体，结合各类协同物质如纳米材料、聚合物、功能物以及相应的物理化学合成工具，旨在实现所预期的性能优异的终端材料。然而，目前液态金属聚合物复合材料存在加工方法单一，密度调控性差，加工过程对本体性能影响较大等问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术旨在快速制备一种液态金属复合材料，并发展一种液态金属加工方法。
[0006]本专利技术是通过以下技术方案实现的：一种液态金属电磁屏蔽泡沫复合材料，包括以可膨胀微球和液态金属(镓铟锡合金)复合而成的复合体系，通过热膨胀实现导电网络搭建和材料成型。具体包括以下步骤：
[0007]1)将一定比例的液态金属和可膨胀微球进行机械共混，获得液态金属包覆可膨胀微球的复合体系。
[0008]2)将所得复合体系加入到模具中，加盖封闭，加热至所选可膨胀微球膨胀温度以上，热膨胀，冷却，脱模，获得可膨胀微球/液态金属电磁屏蔽泡沫复合材料。
[0009]本专利技术一个方面提供了一种液态金属电磁屏蔽泡沫复合材料，其由以下方法制成：
[0010]1)将液态金属和可膨胀微球混合均匀获得复合体系；
[0011]2)将复合体系置于模具中，加热至可膨胀微球的膨胀温度以上，反应至可膨胀微球膨胀，且表面的热塑性聚合物已热熔烧结成型；然后进行冷却脱模，获得液态金属电磁屏蔽泡沫复合材料。
[0012]本专利技术另一方面提供了一种液态金属电磁屏蔽泡沫复合材料的制备方法，其包括以下步骤：
[0013]1)将液态金属和可膨胀微球混合均匀获得复合体系；
[0014]2)将复合体系置于模具中，加盖封闭，加热至可膨胀微球的膨胀温度以上，反应至可膨胀微球膨胀，且表面的热塑性聚合物已热熔烧结成型；然后进行冷却脱模，获得液态金属电磁屏蔽泡沫复合材料。
[0015]本专利技术再一方面提供了一种液态金属电磁屏蔽泡沫复合材料，其包括可膨胀微球以及分布在可膨胀微球球体的缝隙之间的液态金属，所述可膨胀微球为空心球，空心球的表面为已热熔烧结成型的热塑性聚合物。
[0016]本专利技术再一个方面提供一种液态金属的加工方法，其包括以下步骤：
[0017]1)将液态金属和可膨胀微球混合均匀获得复合体系；
[0018]2)将复合体系置于模具中，加盖封闭，加热至可膨胀微球的膨胀温度以上，反应至可膨胀微球膨胀，且表面的热塑性聚合物已热熔烧结成型；然后进行冷却脱模，获得液态金属电磁屏蔽泡沫复合材料。
[0019]在本专利技术的技术方案中，所述的可膨胀微球是一种壳体为热塑性聚合物，内部填充烷烃的中空微球。直径10-80微米，加热后体积迅速膨胀增大到自身体积的10-100倍。
[0020]所述的可膨胀微球的膨胀温度为80-250℃，例如为90℃、100℃、110℃、120℃、130℃、140℃、150℃、160℃、170℃、180℃、190℃、200℃、210℃、220℃、230℃、240℃等或者各温度它们之间的温度区间。
[0021]在本专利技术的技术方案中，所述的液态金属为镓、铋、铟、锡和锌中的至少两种的合金，优选为镓铟合金、锡锌合金、铋铟锡合金、铋铟锡锌合金、镓铟锡锌合金、镓铟锡合金或镓锡锌合金。
[0022]在本专利技术的技术方案中，所述的液态金属的熔点低于可膨胀微球的膨胀温度。例如可以低于80℃、70℃、60℃、50℃、40℃、30℃、25℃、20℃、15℃、10℃。
[0023]在本专利技术的技术方案中，所述的液态金属在常温下为流动状态。
[0024]在本专利技术的技术方案中，步骤1)中不加入任何有机溶剂或水溶剂。
[0025]在本专利技术的技术方案中，所述的复合体系，是通过机械共混工艺，使液态金属包覆在可膨胀微球表面，二者形成连续分散体。通过调节二者复配比例，可以实现复合体系宏观物理性质的调控。
[0026]在本专利技术的技术方案中，所述的复合体系中液态金属包覆在可膨胀微球表面的全部或部分，例如液态金属包覆在可膨胀微球表面的100％-50％，例如，100％、99％、98％、97％、96％、95％、94％、93％、92％、91％、90％、89％、88％、87％、86％、85％、84％、83％、82％、81％、80％、75％、70％、65％、60％、55％、50％。
[0027]在本专利技术的技术方案中，步骤1)中所述的复合体系在混合过程中还包括加热或不加热的步骤。
[0028]在本专利技术的技术方案中，所述的泡沫复合材料，是将可膨胀微球和液态金属复合体系加入到模具中通过加热膨胀实现可膨胀微球的膨胀与烧结成型。
[0029]在本专利技术的技术方案中，步骤2)中加热温度范围为可膨胀微球的膨胀温度以上，优选为80℃-250℃。
[0030]在本专利技术的技术方案中，步骤2)中加热时间为10-120min，优选为20-100min。
[0031]在本专利技术的技术方案中，步骤2)中的模具是指，具有盖的可耐受步骤2)加本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种液态金属泡沫复合材料的制备方法，其包括以下步骤：1)将液态金属和可膨胀微球混合均匀获得复合体系；2)将复合体系置于模具中，加盖封闭，加热至可膨胀微球的膨胀温度以上，反应至可膨胀微球膨胀，且表面的热塑性聚合物已热熔烧结成型；然后进行冷却脱模，获得液态金属泡沫复合材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，所述的液态金属为镓、铋、铟、锡和锌中的至少两种的合金，优选为镓铟合金、锡锌合金、铋铟锡合金、铋铟锡锌合金、镓铟锡锌合金、镓铟锡合金或镓锡锌合金；更优选地，液态金属为镓铟合金，其中包含70-80wt％镓和20-30wt％铟。3.根据权利要求1所述的制备方法，可膨胀微球为含有热塑性聚合物的壳和包封在其中的发泡剂；优选地，发泡剂选自沸点不高于热塑性聚合物的壳的软玻璃转化温度的烷烃；优选地，热塑性聚合物的壳由一种或多种可通过使烯键式不饱和单体聚合而制得的均聚物或共聚物形成；更优选地，烯键式不饱和单体选自丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、含有腈基的单体、乙烯基卤化物、...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡友根，许亚东，田锭坤，林志强，赵涛，孙蓉，
申请(专利权)人：深圳先进技术研究院，
类型：发明
国别省市：