[发明专利]一种液态金属弹性电子器件的3D打印装置及制备方法

说明书

本发明提供了一种液态金属弹性电子器件的3D打印装置及制备方法。3D打印装置包括三维运动台，打印喷头，支撑平台，分别盛放液态金属、流体状电极材料、流体状弹性体材料的第一、二、三容器，以及控制器；打印喷头包括内腔和外腔，并且内腔与外腔同轴，外腔设置在内腔外围；第一、二容器可连通内腔，第三容器可连通外腔；控制器控制三维运动台在空间的移动，A容器、第二容器与内腔的连通，以及第三容器与外腔的连通。利用该3D打印装置在弹性衬底的待打印区域沿着待打印的液态金属弹性电子器件的形状轨迹进行3D打印，得到液态金属弹性电子器件，具有简单易行，制备效率高的优点。

技术领域

本发明属于柔性电子技术领域，尤其涉及一种液态金属弹性电子器件的3D打印装置及制备方法。

背景技术

随着柔弹性电子学的发展，柔弹性电子器件因其可变形性而越来越受到人们的关注，在人机交互、可穿戴、可植入等设备中具有广泛的应用前景。

液态金属具有导电性与流动性，在柔弹性电子学中具有良好的应用。目前，包含液态金属的弹性电子器件结构主要包含两种：

(1)器件的导体部分为液态金属，弹性材料包裹在液态金属外围，形成管状结构，液态金属位于管内部，弹性材料作为管壁；

(2)器件的导体部分由液态金属与弹性体组成，液态金属颗粒分散在弹性体中，外围设置绝缘保护层。

另外，为了与外界导电元件相连接，这两种结构的器件两端设置电极。

具有上述结构(1)与结构(2)的液态金属弹性器件的制备方法主要是：采用灌注的方法，将液态金属灌注到弹性管中，然后在弹性管两端分别制作电极，得到结构(1)的液态金属弹性电子器件；

将液态金属与熔融的弹性体均匀混合后固化形成导电部分，在导电部分外围制备绝缘保护层，然后在两端分别制作电极，得到结构(2)的液态金属弹性电子器件。

但是，这些方法步骤多，制备效率较低。

发明内容

针对上述液态金属弹性电子器件的技术现状，本发明采用3D打印技术制备液态金属弹性电子器件，通过设计3D打印装置以及控制打印方法，能够制得液态金属弹性电子器件，简单易行，制备效率高。

本发明的技术方案为：一种液态金属弹性电子器件的3D打印装置，所述液态金属弹性电子器件位于弹性绝缘衬底上，其特征是：所述3D打印装置包括三维运动台、安装在三维运动台上的打印喷头、用于放置弹性衬底的支撑平台、用于盛放液态金属的第一容器、用于盛放流体状电极材料的第二容器、用于盛放流体状弹性体材料的第三容器以及控制器；

打印喷头包括内腔和外腔，并且内腔与外腔同轴，外腔设置在内腔外围；

第一容器可连通所述内腔，即，第一容器中的液态金属可流通至所述内腔；

第二容器可连通所述内腔，即，第二容器中的电极材料可流通至所述内腔；

第三容器可连通所述外腔，即，第三容器中的弹性体材料可流通至所述外腔；

控制器用于控制三维运动台在空间的移动，第一容器、第二容器与内腔的连通，以及第三容器与外腔的连通。

本发明中，所述弹性是指在外力作用下可发生拉伸、弯曲等形变，撤去外力后具有一定形变恢复能力的性能。

所述液态金属弹性电子器件不限，可以是导线、电极、电容、点阵、线圈、应变片等器件。

所述流体状是指物体处于可流动状态，包括液体、熔体、溶液、浊液等。