[發明專利]一種微米或納米級液態金屬水基分散液及其制備方法

有效

• 申請號: 201810685133.5
• 申請日: 2018-06-28
• 公開（公告）號: CN110655827B
• 公開（公告）日: 2022-06-14
• 發明（設計）人: 李朝旭;李明杰;李現凱
• 申請（專利權）人: 中國科學院青島生物能源與過程研究所
• 主分類號: C08K3/08
• 分類號: C08K3/08;C08L101/00;C08L1/28;C09D11/30;B01F31/80;B01J19/10
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 李穎

本發明涉及液態金屬分散液的制備方法，尤其涉及一種利用微凝膠作為保護層制備穩定保存的微米或納米級液態金屬水基分散液及其制備。將液態金屬加入至可溶性天然高分子分散液中，混勻后低溫超聲空化，即得到粒徑大小統一、分散均勻的分散液；其中，所述可溶性天然高分子分散液為可溶性高分子和水基溶液組成；其中可溶性高分子為海藻酸鈉(SA)、透明質酸(HA)、羧甲基纖維素鈉(CMC)、季胺化殼聚糖(Qch)中的一種或多種。本發明方法所制備的液態金屬分散液具有制備高效、粒徑可調、穩定分散、長期保存、生物相容性高等特點。可用作導電“墨水”并用于印刷電子技術、可穿戴傳感器、驅動器或生物醫用導電部件等領域。

技術領域

本發明涉及液態金屬分散液的制備方法，尤其涉及一種利用微凝膠作為保護層制備穩定保存的微米或納米級液態金屬水基分散液及其制備。

背景技術

液態金屬是一種在常溫下呈現為液態的純金屬或合金，由于液態金屬在受外力作用下比較容易變形且具有很好的流動性，因此在柔性電子領域得到廣泛的應用。另外，液態金屬具有一系列的優異特性，例如低蒸氣壓、低毒、高導電性和低粘性等，使其在可拉伸電子器件、化學傳感器、微型開關、3D印刷結構、導電復合材料、噴墨打印墨水、3D微電極等方面具有廣泛的應用，也是當前新材料科學的研究熱點之一。

由于液態金屬的表面張力較高(例如鎵銦合金的表面張力為624mN m^-1)，在不同的基底上的親和力較低，無法形成連續的導電通路。因此，通過制備金屬顆粒微納米化的方法，然后制備導電墨水是發展印刷電子的一種方法。例如文獻(Advanced Materials,2015,27(14):2355.)給出通過超聲的方法將液態鎵銦合金分散在含有表面活性劑(3-巰基丙酸乙酯)的乙醇溶液中，然后通過壓力燒結的方法，制備導電的功能性手套。但是，制備出來的液態金屬分散液并不穩定，在空氣中存放的時間較長時會發生物理性沉降和化學性變質；使用的分散液中含有毒性較大有機溶劑，在使用過程中存在危險性；并且通過滴涂方法制備的薄膜中會有微小的裂痕。

經過對現有技術的檢索發現，專利文獻號CN 103068939 A公開日2013-04-24，公開了一種液態金屬乳液的制備方法，包括：將液態金屬引入到溶劑中，加熱，然后加入表面活性劑超聲反應后得到液態金屬乳液，所述液態金屬為鎵、銦和它們的合金，所述溶劑為烷基硫醇的溶劑。但該現有技術與本發明相比的缺陷和不足在于溶劑選擇的毒性大，穩定性差，不易進行進一步加工及后續使用。

發明內容

為了克服現有技術的缺點，本發明提供一種操作簡單，成本低廉，可長時間保存，便于工業化生產的利用微凝膠作為保護層制備穩定保存的微米或納米級液態金屬水基分散液及其制備。

為實現上述目的，本發明采用技術方案為：

一種微米或納米級液態金屬水基分散液的制備方法，將液態金屬加入至可溶性天然高分子分散液中，混勻后低溫超聲空化，即得到粒徑大小統一、分散均勻的分散液；其中，所述可溶性天然高分子分散液為可溶性高分子和水基溶液組成；其中可溶性高分子為海藻酸鈉(SA)、透明質酸(HA)、羧甲基纖維素鈉(CMC)、季胺化殼聚糖(Qch)中的一種或多種；當混合時為帶同種電荷的高分子以任意比例共混使用；或，帶不同種電荷的高分子混合，混合時任意一種電荷的高分子過量添加。

進一步的說所述可溶性天然高分子分散液在超聲分散過程中可還以加入凝膠(交聯)因子，使凝膠交聯更致密；其中，凝膠因子為鎵離子、銦離子、錫離子、鈣離子、鐵離子、戊二醛、甲醛、環氧氯丙烷、乙二胺、植酸中的一種幾種；所述凝膠因子的加入量為天然高分子加入量的0.001wt％-10wt％；

進一步的說所述制備方法為：

1)將可溶性天然高分子分散于水基溶液中，得到質量濃度為0.001wt％-20wt％的分散液，例如為0.005％、0.01％、0.05％、0.1％、0.3％、0.6％、0.9％、1％、3％、10％等；