[发明专利]一种基于液态金属的柔性电阻微加热器

说明书

本发明提供一种包括外部柔性基材壳体、液态金属电阻以及引线，所述外部柔性基材壳体将液态金属电阻完全或部分包裹，壳体内设置有液态金属电阻流道和/或空气流道，壳体外表面为加热区域；所述液态金属电阻由单种液态金属或复合液态金属构成，所述复合液态金属由两种以上的金属组成，其中有至少一种在常温下保持液态，所述金属为单质金属或合金。本发明提供的基于液态金属的柔性电阻微加热器，利用液态金属通电产生焦耳热，外部柔性壳体和液态金属极大地提高了上述微加热器的柔性。而通过改进液态金属成分或结构，可显著提高加热器的工作温度范围和使用寿命。该微加热器易于加工和批量生产，可被应用在医疗器件、生化仪器以及高端制造设备等领域。

技术领域

本发明属于工业设备领域，具体涉及了一种基于液态金属的加热装置。

背景技术

柔性微加热器是近几年来高端制造以及学术研究等领域追逐的热点之一，能持续稳定地提供热量的柔性微加热器可以被广泛应用在精准医疗器件和植入式电子设备上。

目前柔性电阻微加热器的主要问题包括微加热器的使用寿命短，不能够持续提供热量等。由于微加热器的电极需要在各温区下均能正常工作，而目前的柔性电极为了保证柔性，电极的工作温度被极大地限制。而采用复合液态金属电极的柔性电阻微加热器可以有效地扩展柔性电极的工作温度，保证柔性加热器可以在各温区下持续进行加热，延长工作寿命，扩展工作温区。

发明内容

(一)要解决的技术问题

为了解决现有技术柔性电阻微加热器的电极工作温度受限，加热器不能在各温区下持续提供热量等问题，本发明的目的在于提供了一种柔性好、能稳定产生热量、使用寿命长且制作方便的基于复合液态金属电极的微加热器。

(二)技术方案

实现本发明上述目的的技术方案为：

一种基于液态金属的柔性电阻微加热器，包括外部柔性基材壳体、液态金属电阻以及引线，

所述外部柔性基材壳体将液态金属电阻完全或部分包裹，壳体内设置有液态金属电阻流道和/或空气流道，壳体外表面为加热区域；

所述液态金属电阻由单种液态金属或复合液态金属构成，所述复合液态金属由两种以上的金属组成，其中有至少一种在常温下保持液态，所述金属为单质金属或合金；所述导线连接于所述液态金属电阻。

其中，所述外部柔性基材的材质为聚二甲基硅氧烷、1,1,2,2-四苯乙烯，聚氨酯甲基丙烯酸酯中的一种或多种。

其中，所述液态金属电阻流道的高度和宽度互相独立地为5～100μm。

流道可做成圆柱或棱柱形，圆柱形的截面直径为5μm到500μm，菱柱形截面的高30～200微米，长5～500微米。整个加热器流道的长度可以由1毫米做到厘米量级。

本发明的一种优选技术方案为，所述液态金属电阻由单种液态金属构成，所述单种液态金属为镓基合金或汞；所述壳体内设置有液态金属电阻流道和空气流道，液态金属电阻填充在液态金属电阻流道内。

进一步地，所述液态金属电阻流道和空气流道之间设置有多个微柱，相邻的微柱之间间隙为5～30μm。

或者，所述液态金属电阻流道和空气流道之间贯通，在注入所述单种液态金属时，通过设置可溶挡膜，使所述单种液态金属保留在液态金属电阻流道的区域内。

其中，所述可溶挡膜为聚合物或多糖制成，注入所述单种液态金属之后，通过溶解去除所述可溶挡膜。所述聚合物可以是PDMS，所述多糖可以是淀粉。