一种液态金属均匀微纳米薄膜的制备方法及其应用技术

本发明专利技术提供一种液态金属均匀微纳米薄膜的制备方法及其应用，对柔性材料进行表面改性处理，在进行表面改性处理后的表面旋涂液态金属，以所得液态金属膜为印章在基材上进行至少一次粘附转印。本发明专利技术基于表面改性处理的柔性材料对液态金属极好的润湿性，利用高速旋涂和多次粘附转印的方法，制备出具有厚度均匀一致、厚度大小可调的不同于传统刚性薄膜的柔性液态薄膜，且制备方法简单快捷。本发明专利技术提供的液态金属均匀微纳米薄膜拓展液态金属的应用范畴，具有广阔的应用前景。具有广阔的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种液态金属均匀微纳米薄膜的制备方法及其应用


[0001]本专利技术涉及金属薄膜
，尤其涉及一种液态金属均匀微纳米薄膜的制备方法及其应用。

技术介绍

[0002]金属薄膜由于稳定性好、性能优越等特点，在介电、超导、高阻、铁电、压电、热释电、电卡、静电存储、光电、气敏等领域，有着巨大的应用价值，也是功能薄膜研究的热点。
[0003]最近几年来国内外的研究者制备金属薄膜一般采用诸如磁控溅射、化学气相沉积、离子束沉积、脉冲激光沉积、电子束热蒸发和金属离子辅助溅射等方法，这些方法一般都需要精密昂贵的设备以及复杂的制备加工工艺，如何在较低温度甚至在室温的条件下进行高质量薄膜制备吸引了国内外众多学者的研究兴趣。
[0004]液态金属作为一种独特的高流动性、高导电性和低毒性的先进材料，已经在柔性电子、生物医疗、增材制造以及国防军工等领域得到了应用和发展。随着一系列重大突破和进展的取得，围绕室温液态金属的基础及应用技术研究逐渐成为国际热门的重大科技前沿，并正为人类高新能源、电子信息、先进制造、柔性电路、国防军事安全，以及生物医疗健康技术的发展带来颠覆性的变革。
[0005]在液态金属柔性电子领域，关于液态金属的图案化绘制、液态金属基电子器件以及液态金属与柔性基材结合等领域，液态金属都发挥了其柔性导电特长。然而，现有的液态金属应用存在制备电路粗糙、制作电路精度低、稳定性差等问题。想要实现液态金属更稳定的性能输出以及更多领域的推广，就必须实现液态金属薄膜的均匀性以及厚度的精准调控。另外，在实现液态金属均匀薄膜的制备后，对于液态金属在柔性微电子、生物传感、光电、增材制造以及传热致冷等领域也将得到更充分的应用。
[0006]鉴于此，特提出本专利技术。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于提供一种液态金属均匀微纳米薄膜的制备方法。本专利技术的另一目的在于提供该方法制备的液态金属均匀微纳米薄膜及其应用。
[0008]具体地，本专利技术提供以下技术方案：
[0009]本专利技术提供一种液态金属均匀微纳米薄膜的制备方法，对柔性材料进行表面改性处理，在进行表面改性处理后的表面旋涂液态金属，以所得液态金属膜为印章在基底上进行至少一次粘附转印。
[0010]本专利技术发现，经表面改性处理的柔性材料对液态金属表现出极好的润湿性，通过旋涂的方式可将液态金属高效铺展成薄膜，同时在粘附转印中能够实现更充分均匀的转印且每次粘附转印后液态金属膜的厚度减半，通过控制粘附转印的次数，进而获得厚度均匀一致、厚度大小可调的液态金属薄膜。
[0011]其中，所述柔性材料选自PDMS(聚二甲基硅氧烷)、Ecoflex(脂肪族芳香族无规共
聚酯)、POE(聚乙烯辛烯)、EVA(乙烯
‑
醋酸乙烯共聚物)、EPDM(三元乙丙橡胶)中的任一种。
[0012]进一步地，所述表面改性处理包括等离子处理、酸溶液处理、碱溶液处理、表面涂覆或化学气相沉积。
[0013]其中，所述等离子处理是指用等离子体对柔性材料进行处理，使用的工艺气体包括但不限于二氧化碳、氧气、氮气。以工艺气体为氧气作为示例，等离子处理的具体操作如下：将柔性材料的待处理面朝上放入真空等离子腔内，打开真空泵，将腔体抽至真空；等待2～3min待腔内真空度稳定之后，打开氧气流入开关，将氧气送入真空腔内；等待30～40s，待氧气充满真空腔后，打开等离子体处理的开关。优选地，等离子体处理功率为60～100kW，处理时间为15～20s。
[0014]所述酸溶液处理是指使用具有强腐蚀性氧化性的酸液，对柔性材料进行处理。所述酸液可以为浓盐酸、浓硫酸以及过氧化氢与浓酸的混合物等。作为示例，酸溶液处理的具体操作如下：将过氧化氢(30％，AR)加入到浓度为98～100％的硫酸中，体积比3:7，配制表面处理溶液；将柔性材料的待处理面置于表面处理溶液中，摇晃10～30秒后，取出用去离子水冲洗即可。
[0015]所述碱溶液处理是指使用碱液对柔性材料进行处理。所述碱液可以为NaOH、KOH等碱金属溶液，或者氨水与双氧水的混合物。作为示例，碱溶液处理的具体操作如下：将柔性材料的待处理面置于浓度为1～5mol/L的NaOH溶液中，浸泡0.5～2h后，取出用去离子水冲洗即可。
[0016]所述表面涂覆是指在柔性材料表面涂覆PMA(丙二醇甲醚醋酸酯)或ACM(聚丙烯酸酯)胶水。作为示例，表面涂覆的具体操作如下：在柔性材料的待处理面涂覆一层PMA胶水；涂覆后进行旋涂处理，旋涂机转速为100～20000r/min；待PMA胶水晾干后即可。
[0017]所述化学气相沉积是指在柔性材料表面沉积金属铜、银、金或钨。作为示例，化学气相沉积的具体操作如下：按照本领域常规的清洁方法对柔性材料的待处理面进行清洁后，放入化学气相沉积设备中在清洁后的待处理面上沉积铜，所得铜金属层的厚度为30nm～200μm。
[0018]进一步地，所述旋涂的速度为50～20000r/min，所述液态金属膜的厚度为1μm～5mm。
[0019]本专利技术中，所述液态金属为镓、镓铟合金、镓铟锡合金、铋铟锡锌合金中的任一种。本专利技术使用的液态金属的熔点低于300℃，优选低于200℃。对于熔点高于室温的液态金属，比如铋基液态金属，在进行所述旋涂时，预先将液态金属加热成液态，然后蘸取熔化后的液态金属进行旋涂处理。
[0020]进一步地，所述粘附转印包括：将所述液态金属薄膜覆盖在所述基底上，并施加10～200kPa的压力，持续时间为1～10s。
[0021]可以理解的是，为了实现熔点高于室温的液态金属顺利进行粘附转印，在粘附转印过程中，提高环境温度，使环境温度高于液态金属熔点5～10℃。
[0022]本专利技术对粘附转印的基底不作严格限制，能够与液态金属互相浸润，即液态金属在基底上的接触角小于90
°
的柔性或刚性材料均可以使用。作为优选，所述基材为PVC(聚氯乙烯)、PET(涤纶树脂)、金属铜、银、金、木板、石墨板、PTFE、硅片、PVA(聚乙烯醇)、纤维素膜、氯化钠晶体基片，或者本专利技术中经表面改性处理的柔性材料。
[0023]进一步地，当所述基底为水溶性材料，如氯化钠晶体基片、PVA膜或纤维素膜时，所述方法还包括将粘附转印至基底所得到的薄膜置于水中进行溶解的步骤。由此，可以获得独立的液态金属均匀微纳米薄膜。
[0024]进一步地，所述液态金属均匀微纳米薄膜的厚度为10nm～5mm。
[0025]本专利技术还提供了任一上述的方法制得的液态金属均匀微纳米薄膜。
[0026]本专利技术还提供了上述的液态金属均匀微纳米薄膜在柔性微电子、生物传感、光电、增材制造以及传热致冷领域方面的应用。
[0027]本专利技术的有益效果在于：
[0028]1、本专利技术基于表面改性处理的柔性材料对液态金属极好的润湿性，利用高速旋涂和多次粘附转印的方法，制备出厚度均匀一致、厚度大小可调的微纳米柔性液态金属薄膜。
[0029]2、本专利技术方法中的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种液态金属均匀微纳米薄膜的制备方法，其特征在于，对柔性材料进行表面改性处理，在进行表面改性处理后的表面旋涂液态金属，以所得液态金属膜为印章在基底上进行至少一次粘附转印。2.根据权利要求1所述的液态金属均匀微纳米薄膜的制备方法，其特征在于，所述柔性材料选自PDMS、Ecoflex、POE、EVA、EPDM中的任一种；和/或，所述基底选自PVC、PET、铜、银、金、木板、石墨板、PTFE、硅片、PVA膜、纤维素膜、氯化钠晶体基片或经表面改性处理的柔性材料。3.根据权利要求1或2所述的液态金属均匀微纳米薄膜的制备方法，其特征在于，所述表面改性处理包括等离子处理、酸溶液处理、碱溶液处理、表面涂覆或化学气相沉积。4.根据权利要求1所述的液态金属均匀微纳米薄膜的制备方法，其特征在于，所述旋涂的速度为50～20000r/min，所述液态金属膜的厚度为1μm～5mm。5.根据权利要求1所述的液态...

【专利技术属性】
技术研发人员：张朋举，龚佳豪，饶伟，
申请(专利权)人：中国科学院理化技术研究所，
类型：发明
国别省市：