[发明专利]一种水基液态金属墨水及其制备方法与应用

说明书

本发明属于液态金属墨水技术领域，具体涉及一种水基液态金属墨水及其制备方法与应用。所述水基液态金属墨水包括液态金属纳米微球、分散剂和去离子水；所述液态金属纳米微球的平均直径小于等于500nm。本发明水基液态金属墨水不仅可实现书写路径颜色的转变，还可以实现导电特性由绝缘到导电的转变，不仅为新型墨水的制备提供了一种新的制备方法，也为导电电路的制备提供了新的实现形式。这种水基液态金属墨水的制备及液态金属墨水书写路径颜色及导电特性转变的处理方法，为薄膜印刷电子材料、以及印刷电子产业提供了新的方向。

技术领域

本发明属于液态金属墨水技术领域，具体涉及一种水基液态金属墨水及其制备方法与应用。

背景技术

传统的墨水一般由碳基色素或染料制成，被用于书写或绘画。传统墨水可调制成各种各样的颜色，但大多数碳基墨水都不具有导电性。液态金属由于具有良好的流动性、导电性和低毒性，在快速制造和打印电子电子电路中得到广泛而深入的研究。最近几年很多科研机构已经可以制备出具有导电性的墨水，大部分导电墨水都是基于固态纳米金属粉末，而金属粉末里又以纳米银粉为主。然而含有固态金属粉末的墨水进行精细喷墨或者书写时，容易在笔管或喷头内沉淀，从而在喷头和笔头内出现桥连和阻塞现象，影响设备的正常使用。

发明内容

为了解决含固态金属粉末的墨水在书写时容易出现桥连和阻塞的问题，本发明提供一种水基液态金属墨水，其具有液态金属的流动以及导电性的优势，还能够实现导电特性由绝缘到导电的转变。

本发明意外地研究发现，将液态金属制成纳米微球后可以有效地避免液态金属在墨水中发生沉淀现象。进一步地研究发现，液态金属纳米微球能够在水溶液中均匀分散而不发生沉淀现象，主要原因在于：1)基于布朗运动和扩散作用阻止微球的下沉，使得微球在溶液中动力学稳定；2)同种电荷的排斥作用。然而由于液态金属纳米微球的密度远大于水，且液态金属纳米微球在水溶液中电荷几乎为0，所以单纯依靠微球在水溶液中的布朗运动、扩散作用和同种电荷的排斥作用还很难达到溶液中动力学稳定状态，也就是说还不能完全解决液态金属纳米微球在水溶液中稳定分散而不沉淀的技术问题。基于此，本发明通过大量实验意外地发现进一步加入分散剂能够使液态金属纳米微球在分散剂的作用下稳定均匀地分散在溶液中，从而解决了在喷墨或者书写时因容易在笔管或喷头内沉淀而在喷头和笔头内出现桥连和阻塞现象的问题，保证了喷墨设备和书写设备的正常使用。

基于上述研究，本发明提供一种水基液态金属墨水，包括液态金属纳米微球、分散剂和水。

在本发明水基液态金属墨水中优选使用去离子水或双蒸水。

进一步地，为更好地解决上述技术问题，研究发现当液态金属纳米微球的平均直径小于等于500nm时效果更佳，尤其是液态金属纳米微球的平均直径在10-500nm范围内，具有更好的流动性，更不容易发生沉淀现象，且还不影响其导电性。

进一步地，所述水基液态金属墨水中，所述液态金属纳米微球与水的质量比例优选为15:(70-100)，更优选为15:(80-88)。在该比例范围内能够较好地保持所述水基液态金属墨水稳定性。

进一步地，本发明中所述液态金属可为本领域常规选择。但为更好地解决上述技术问题，所述液态金属优选为镓、镓铟合金、镓铟锡合金、铋铟锡锌合金中的一种或几种。通常可根据期望的墨水颜色选择不同的液态金属种类。还研究发现，当所述液态金属纳米微球的颜色为黑色时，由其制成的上述水基液态金属墨水在书写或印刷后再经挤压、碰撞等外力作用后颜色可转变为呈银色光泽。

进一步地，本发明所述分散剂优选自水玻璃、三聚磷酸钠、六偏磷酸钠、焦磷酸钠、三乙基己基磷酸、十二烷基硫酸钠、甲基戊醇、纤维素衍生物(例如纳米纤维素)、聚丙烯酰胺、古尔胶、脂肪酸聚乙二醇酯中的一种或多种。通常，所述分散剂主要作用是使液态金属纳米微球在溶液中均匀分散并保持稳定不下沉的状态。