[发明专利]一种包裹液态金属的纤维及其制备方法

说明书

本发明涉及一种包裹液态金属纤维的制备方法，该方法基于微流控技术，首先得到具有中空结构的聚合物纤维，通过传送带及转盘收集后，以注射法将液态金属灌入纤维空腔中形成包裹液体金属的纤维。本发明制备的包裹液态金属纤维纤维外壳为聚合物，内部包裹液态金属，纤维直径为100‑1000μm，长度为1cm至10m。本发明的制备方法操作简单、成本较低、实验可重复性强，所制备的纤维结构均匀，尺寸可控，具有良好的导电性，可拉伸变形，能够作为柔性电子系统中不可或缺的导电和传感原件，应用前景广阔。

技术领域

本发明涉及导电材料领域，具体涉及一种包裹液态金属的纤维及其制备方法

背景技术

柔性电子是将电子器件与柔性基底相结合的一种新兴电子技术。与传统电子系统相比，柔性电子系统具有更大的灵活性，能够实现不同形变状态下发挥其功能。然而，由于柔性电子系统对于材料柔软形变并且同时兼具良好导电性的要求，对材料的选择提出了挑战。

液态金属是一种在常温下呈液态，不定形、可流动的金属，是熔点不超过铝熔融温度的金属或它们混合物的统称，可看作是由正离子流体和自由电子气组成的混合物。液态金属兼具了传统金属高的导电性、导热性和流体的低粘度和流动性，被广泛用于热传导剂、热处理剂和柔性电子系统。

与常见的液态金属汞相比，镓基合金表现出更小的毒性，因此常代替汞，被用来制备具有良好导电性、可变形并且耐用的导线、电极、天线、传感器以及其他新型柔性电子器件。然而液体金属表面张力极大，并且容易在空气和水中发生氧化，生成极薄的氧化层覆盖在表面，因此液态金属的操控一直是其应用过程中亟待解决的问题。

微流控技术能够在小尺度上对于流体进行推动、混合、反应等操作，具有原料消耗少，装置集成度高，流体行为高度可控等优点。除了其在生物化学分析方面的广泛应用外，在分子合成和材料制备方面也发挥着显著的作用。尤其是在纤维制备方面，微流控技术已经被广泛用于多种不同材料、微结构纤维材料的制备。

因此，在本发明中，利用微流控技术首先制备外层纤维其次内部灌注液态金属可以连续、稳定、可控制备出包裹液态金属的纤维材料，并使其广泛用于柔性电子系统。

发明内容

为了解决柔性电子系统对导电材料可形变的要求，同时解决液态金属在操控中的难题，本发明提供了一种将液态金属包裹在纤维材料内部的制备方法，制备所得包裹液态金属纤维可应用于柔性电子系统中。

为实现上述目的，本发明提供的技术方案是：

一种包裹液态金属的纤维，其制备方法包括以下步骤：

(1)组装微流控芯片系统及传送装置：

构建包含内相通道和连续相通道的同轴微流控芯片、单通道微流控芯片和传送装置，在同轴微流控芯片下放置收集池，在单通道微流控芯片下放置转盘；

(2)包裹液态金属的纤维的制备：

将水相溶液和连续相溶液分别装入同轴微流控芯片的内相通道注射器和连续相溶液注射器，使内相溶液注射器连接内相通道入口，连续相溶液注射器连接连续相通道入口；

用微量蠕动泵将水相溶液和连续相溶液泵入同轴微流控芯片，并控制各相流速；

待水相溶液和连续相溶液在同轴微流控芯片稳定生成同轴层流时，使同轴层流流入外部收集池，通过溶剂挥发法对流体进行固化生成纤维；

经传送带将纤维运送至转盘上，将纤维末端与单通道微流控芯片出口端相连；将液态金属装入单通道微流控芯片注射器，使单通道微流控芯片注射器连接单通道微流控芯片入口，用微量蠕动泵将液态金属泵入所述纤维中，得到包裹液态金属的纤维。

进一步的，所述的同轴微流控芯片采用硅、玻璃、聚甲基丙烯酸甲酯、或聚二甲基硅氧烷微流体芯片制作，同轴微流控芯片的通道内径尺寸在1μm到1mm之间。