[發(fā)明專利]一種基于液態(tài)金屬和棉線的復(fù)合柔性導(dǎo)線及其制備方法

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• 申請(qǐng)日: 2019-07-11
• 公開（公告）號(hào): CN112216437A
• 公開（公告）日: 2021-01-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 何帥
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西南民族大學(xué)
• 主分類號(hào): H01B13/00
• 分類號(hào): H01B13/00;H01B5/02;H01B1/02
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

本發(fā)明為一種基于液態(tài)金屬和棉線的復(fù)合柔性導(dǎo)線及其制備方法，要解決的技術(shù)問題是現(xiàn)有工藝中存在的步驟繁瑣、制備效率低、電學(xué)性能差等問題。本發(fā)明的方法：將棉花或棉花摻雜纖維進(jìn)行手工或機(jī)械方式紡織，得到成低卷繞度的棉線。再將此棉線浸漬于液態(tài)金屬中，用手工或機(jī)械方式進(jìn)行反復(fù)揉搓，直至液態(tài)金屬完全負(fù)載于棉線內(nèi)部和表面，得到液態(tài)金屬和棉線的復(fù)合柔性導(dǎo)線。本發(fā)明與常規(guī)襯底材料相比，棉線成本低、制備工藝簡(jiǎn)便高效、柔軟性能更佳，無(wú)需特殊設(shè)備，工藝簡(jiǎn)便高效，材料來(lái)源易得。所制備出的柔性導(dǎo)線可通過(guò)調(diào)節(jié)液態(tài)金屬的負(fù)載量，調(diào)整導(dǎo)線的電導(dǎo)率和電阻值，能顯示出優(yōu)異的電學(xué)性能，適用于不同類型的使用設(shè)備和環(huán)境。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于復(fù)合柔性導(dǎo)電材料領(lǐng)域，具體涉及一種基于液態(tài)金屬和棉線的復(fù)合柔性導(dǎo)線及其制備方法。

背景技術(shù)

柔性電子器件是以柔性材料為襯底的新型電子器件，具備極佳的便攜性和適形性，在折疊顯示器、柔性電池、可穿戴式設(shè)備、智能傳感器、軟體機(jī)器人等方面都具有廣泛的應(yīng)用前景。然而隨之而來(lái)的一大難題是：如何給這些軟體器件供電和信息交流？在生物組織內(nèi)，神經(jīng)元細(xì)胞能通過(guò)柔軟細(xì)長(zhǎng)的突起分支傳遞信息。基于此靈感，軟體電子器件也需要具有高度柔軟和電學(xué)性能穩(wěn)定的柔性導(dǎo)線實(shí)現(xiàn)電信號(hào)的傳遞。

傳統(tǒng)的純金屬導(dǎo)線，如銀導(dǎo)線、銅導(dǎo)線、鐵導(dǎo)線等，雖然電導(dǎo)率高(約10⁷S/m)，但難以滿足高度柔軟性的要求。目前柔性導(dǎo)體材料的選擇主要是導(dǎo)電高分子材料、碳基納米材料、納米金屬材料和液態(tài)金屬。導(dǎo)電高分子和碳基納米材料(如導(dǎo)電炭黑、碳納米管、石墨烯等)的導(dǎo)電率較低，其電導(dǎo)率分別為約20000S/m和2000S/m。而納米金屬材料(如銀納米線、銅納米線)柔性與襯底適配性略差。與前三者比較，液態(tài)金屬具有高電導(dǎo)率(10⁶～10⁷S/m)和室溫液態(tài)流動(dòng)性的優(yōu)勢(shì)。當(dāng)液態(tài)金屬制備成柔性導(dǎo)線時(shí)，不僅具有高的導(dǎo)電率，而且其液體流動(dòng)的特性可隨著彈性襯底的彎曲、壓縮和扭曲運(yùn)動(dòng)發(fā)生相應(yīng)形變，不會(huì)出現(xiàn)電信號(hào)中斷現(xiàn)象，確保柔性導(dǎo)線在極端變形條件下工作的穩(wěn)定性和可靠性。因此，基于液態(tài)金屬的復(fù)合柔性材料已經(jīng)成為柔性導(dǎo)線領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。

液態(tài)金屬的襯底材料要求具有高度柔性和易加工性，常見的選擇主要集中在柔性高分子材料，如聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚氨酯(PU)、聚乙烯醇(PVA)。學(xué)術(shù)論文Adv.Funet.Mater.2013.23.2308報(bào)道將液態(tài)鎵高壓注射進(jìn)入PDMS的中空纖維中，制備得到高柔性導(dǎo)線然而中空纖維PDMS需要特殊設(shè)備，導(dǎo)致工藝復(fù)雜，效率低，技術(shù)難度大。專利CN108447592A也報(bào)道了將高分子溶液與液態(tài)金屬的混合物負(fù)載于柔性襯墊制備柔性導(dǎo)體，然而其所用高分子和分散溶劑具有電絕緣性，摻雜于液態(tài)金屬中，會(huì)降低整個(gè)導(dǎo)體的導(dǎo)電率，也不利于整個(gè)導(dǎo)電體系的電學(xué)穩(wěn)定性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種基于液態(tài)金屬和棉線的復(fù)合柔性導(dǎo)線制備方法。該方法利用液態(tài)金屬優(yōu)良的室溫流動(dòng)性和電學(xué)性能，以及棉花的柔軟性，制備出新型高電導(dǎo)率的復(fù)合柔性導(dǎo)線，較好解決了現(xiàn)有技術(shù)中存在的工藝復(fù)雜、效率低、電學(xué)性能差等問題。

本發(fā)明的目的通過(guò)如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)。

一種基于液態(tài)金屬和棉線的復(fù)合柔性導(dǎo)線的制備方法，包括如下步驟：

(1)將棉花進(jìn)行手工或機(jī)械方式紡織，得到低卷繞度的棉線；

(2)將上述棉線浸漬于液態(tài)金屬中，用手工或機(jī)械方式進(jìn)行反復(fù)揉搓，直至液態(tài)金屬完全負(fù)載于棉線內(nèi)部和表面，得到所述基于液態(tài)金屬和棉線的復(fù)合柔性導(dǎo)線。

進(jìn)一步地，步驟(1)中，所述棉花為天然棉花、脫脂棉、棉與麻纖維混合物、棉與聚丙烯混合物、棉與聚丙烯腈混合物、棉與聚乙烯醇縮甲醛混合物、棉與聚酰胺混合物、棉與聚對(duì)苯二甲酸乙二酯混合物中的任意一種。

進(jìn)一步地，步驟(2)中，所述負(fù)載方式是通過(guò)手工或機(jī)械方式進(jìn)行反復(fù)揉搓。