[发明专利]一种核壳结构的液态金属纳米颗粒及其制备方法

说明书

本发明涉及一种核壳结构的液态金属纳米颗粒及其制备方法。本发明将液态金属与高黏度有机材料混合，超声打散后取出上层分散均匀的细腻液体，继续超声打散，直至制得具有核壳结构的液态金属纳米颗粒。利用本发明提供的方法制备的液态金属纳米颗粒，粒径较小，尺寸分布集中，制备过程简单快速高效，成本较低且易于实现，制备好的纳米颗粒之间可以稳定存在，放置100天以上仍然没有明显的团聚和沉降，为液态金属纳米颗粒的应用提供了材料制备的良好基础。

技术领域

本发明涉及微纳米液态金属技术领域，具体涉及一种核壳结构的液态金属纳米颗粒及其制备方法。

背景技术

金属纳米粒子由于其独特的性质在科学和工业领域有着广泛的应用。但金属纳米粒子具有较高的表面能及较大的比表面积，极其容易发生团聚，故纳米颗粒之间的稳定对金属纳米粒子来说具有重要意义。

液态金属是指熔点不超过铝熔融温度(即660.37℃)的一类金属，包括汞、铯、镓、铷、钾、钠、铟、锂、锡、铋、铊、镉、铅、锌、锑、镁、铝，其中汞、镓铟合金、镓铟锡合金及钠钾合金更是在室温下即呈现液态，是一类同时融合了金属和液体属性的特殊材料，具有独特的性质和广泛的用途，液态金属的纳米颗粒更是在传热、药物递送、3D打印、电路书写等领域有着重要的应用价值。然而液态金属具有较高的表面张力和表面能，将其分散成微小颗粒存在一定的难度，主要为分散后的小颗粒会在短时间内快速融合重新形成大液滴并发生沉降，很难维持其稳定存在。目前，还没有一种有效的手段将液态金属分散为微小颗粒且保持分散后的微小颗粒稳定存在。因此开发一种分散液态金属并保证分散后的微小颗粒稳定存在的工艺具有重要的应用价值。

发明内容

针对液态金属难以打散及易团聚沉降等问题，本发明开发了一种将液态金属分散为纳米颗粒的方法，该方法易于操作，成本较低，得到的液态金属纳米颗粒粒径较小，尺寸分布集中，纳米颗粒之间可以稳定存在。

本发明研究发现，丙三醇、硅橡胶等高黏度有机材料可以有效促进液态金属分散，使得液态金属更加容易被超声打散。打散后的液态金属纳米颗粒外包覆有高黏度有机材料形成核壳结构，该结构使液态金属纳米颗粒之间不能直接接触，避免了纳米颗粒之间的团聚融合。高黏度有机材料密度和黏度相对较大，可以使液态金属纳米颗粒悬浮其中，不易发生沉降。从而较好地解决了液态金属难以打散及易于团聚沉降等问题。

具体而言，本发明首先提供一种核壳结构的液态金属纳米颗粒的制备方法，包括：将液态金属与高黏度有机材料混合，超声打散后取出上层分散均匀的细腻液体(例如转移至另一容器中)，继续超声打散，直至制得具有核壳结构的液态金属纳米颗粒。

本发明方法尤其适用于镓、镓铟合金、镓铟锡合金等液态金属中的一种或几种制备上述液态金属纳米颗粒，以解决液态金属难以打散及易团聚沉降等问题。

进一步地，所述液态金属优选为镓铟合金，具体可选自Ga₆₀In₄₀、Ga₈₀In₂₀、Ga₇₀In₃₀、Ga₉₀In₁₀、Ga_75.5In_24.5中的一种或几种。

本发明所述液态金属均可市售购得或按本领域常规方法制备。

进一步地，所述高黏度有机材料可选为丙三醇或硅橡胶。

本发明研究发现，丙三醇、硅橡胶可以更有效地促进液态金属分散，使得液态金属更加容易被超声打散，从而制得粒径分布更为均匀的液态金属纳米颗粒，特别是对于镓、镓铟合金、镓铟锡合金等液态金属具有更好的分散效果。

其中，丙三醇和硅橡胶均可市售购得。硅橡胶一般采用美国道康宁公司的184硅橡胶。