[发明专利]一种具有核壳结构的液态金属微颗粒及其制备方法与应用

说明书

本发明涉及一种具有核壳结构的液态金属微颗粒及其制备方法与应用。所述液态金属微颗粒包括液态金属形成的核以及完全包覆于所述核外层的壳；制备所述壳的材料为有机高分子聚合物。制备方法包括将有机高分子聚合物溶解于有机溶剂中，制成聚合物溶液；滴入液态金属使其分散成微纳米级别的颗粒；通过具有微孔结构挤出到水中，静置制得具有核壳结构的液态金属微颗粒。本发明液态金属微颗粒的方法方便快捷，制备的微颗粒尺寸可达纳米级别且均一稳定，彻底解决了液态金属微颗粒会重新团聚的问题。本发明可以实现快速、大规模制备具有核壳结构的液态金属微颗粒，可应用于相变微胶囊、纳米流体、载药机器人等领域，在工业化方面具有优异的应用前景。

技术领域

本发明涉及液态金属微颗粒技术领域，具体涉及一种具有核壳结构的液态金属微颗粒及其制备方法与应用。

背景技术

室温镓基液态金属因其较低的熔点、优异的导电性、导热性、可流动性以及无毒性正在得到广泛的关注。微纳米级别的液态金属结合了液态金属和微纳米尺度的双重优点，在微纳米载药机器人、微纳米传感器、微纳米流体传热以及微流控等领域已经取得了一定的进展。此外，核壳结构由于其独特的结构特性，整合了内外两种材料的性质，并互相补充各自的不足，是近几年科学界的一个重要研究方向。更为重要的是，具备核壳结构的物质，因为壳的存在，可以有效避免内部核的不足，使得具备核壳结构的物质在诸多领域获得了广泛的应用。利用核壳结构，将液态金属进行封装，避免液态金属的不利性质，可使液态金属微颗粒得到更为广泛的应用。

微纳米液态金属的应用也推动了液态金属微液滴制备方法的不断改进。目前，常见的制备液态金属微纳米液滴的方法主要包括：微流道法、流动聚焦法、气动法等。这些方法一般存在设备复杂、流程繁琐、分散效果不佳等缺点。因此，设备简单便捷可行地分散液态金属依旧是目前研究的方向之一。

发明内容

本发明的目的在于一种具有核壳结构的液态金属微颗粒的制备方法及其应用，以解决现有技术制备核壳结构的液态金属微颗粒方法复杂、粒径不均、包覆效果不佳尤其是易于重新团聚的技术问题。

本发明研究发现，通过选用特定的有机高分子聚合物为包覆材料，可以增大溶液的粘度，更有利于液态金属的分散，使形成的液态金属微颗粒不易团聚；通过挤压至水中的制备方法可以有效去除有机溶剂并使有机高分子聚合物自然固化形成外壳，并可方便地控制所述核壳结构的液态金属微颗粒的粒径。从而提出本发明。

具体而言，本发明首先提供一种具有核壳结构的液态金属微颗粒，其包括液态金属形成的核以及完全包覆于所述核外层的壳；制备所述壳的材料为有机高分子聚合物。

优选地，所述液态金属熔点≤100℃，以≤60℃为佳。可选自纯液态金属或液态金属合金。

优选地，所述液态金属可选自镓、镓基合金、铋基合金等中的一种或几种。所述液态金属优选为镓铟合金、镓铟锡合金、铋铟锡合金等中的一种或几种，例如Ga₆₀In₄₀、Ga₈₀In₂₀、Ga₇₀In₃₀、Ga₆₅In₃₅、Ga_75.5In_24.5、Ga₆₇In₂₁Sn₁₂、Bi_32.5In₅₁Sn_16.5等。

进一步地，所述有机高分子聚合物为柔性材料。

进一步地，所述有机高分子聚合物可选自聚氯乙烯、聚乙烯、聚偏氟乙烯等中的一种或几种。

进一步地，所述具有核壳结构的液态金属微颗粒的粒径为100nm-10μm。

进一步地，所述具有核壳结构的液态金属微颗粒核与壳的重量比为(1-6):1，优选为3:1。