[发明专利]一种具有各向异性液态金属复合材料的制备及回收方法

说明书

一种液态金属复合材料的制备方法，是在液态金属（LM）与聚已内酯（PCL）混合，边搅拌边升温至170~180℃，形成流动态复合物，然后在常温冷却固化。本发明方法简单易得，制备的液态金属复合材料（LM‑PCL）具有优异的可拉伸性和可塑性；呈现出一面导电、一面绝缘的优异的各相异性，且导电面的导电率高；具有可降解回收性，回收方法简单。

技术领域

本发明液态金属材料技术领域，具体涉及一种液态金属复合材料的制备和回收方法。

背景技术

液态金属具有低熔点、高导电性、高导热、低粘度、流动性等优异性质，宏观上具有良好的导热和流动性。因此，既能够随意流动，又能够保持良好导电性能。同时，液态金属也是微流体的最佳材料。镓基液态金属因具有低毒性、生物相容性使其对于人体而言无毒无害，可将其运用到生物材料领域，同时可作为药物运输载体。通过相变，液态金属可实现固态、液态之间可逆性，从而对复合材料刚度进行调节。由于液态金属中原子和固态时一样，均不能自由运动，围绕着平衡结点位置进行振动，液态金属振动能量和频率比固态原子高几百万倍。

液态金属复合材料凭借着可拉伸性、柔韧性、抗冲击性、高效性、低成本等制造优势，具有良好应用前景。将液态金属作为改性填料，渗入柔性高分子聚合物中，液态金属能随着基体形变而重新定向。可拉伸复合材料在可穿戴可植入领域、自愈材料、电磁屏蔽材料等领域具有很好的应用前景。高分子聚合物具有柔性、轻质等特点，聚已内酯(PCL/(C₆H₁₀O₂)_n)，具有较好的生物相容性和生物降解性，在医学领域被应用于手术缝合线、释放药物的载体、肿瘤治疗载体等。使用液态金属和高分子聚合物复合而成的材料，具有非常高的设计灵活性。目前液态金属与大多数其他高分子聚合物合成复合材料，因聚合物的性质使该复合材料无法降解回收，也不具有各向异性的特性，在医疗等领域的应用受限。

发明内容

本发明目的在于提供一种液态金属复合材料的制备方法。

本发明另一目的是提供上述方法制备的液态金属复合材料的回收方法。

本发明目的通过如下技术方案实现：

一种液态金属复合材料的制备方法，其特征在于：是在液态金属（LM）与聚已内酯（PCL）混合，边搅拌边升温至170~180℃，形成流动态复合物，然后置于PET薄膜表面，常温冷却固化。

进一步，所述混合是将液态金属（LM）先加热至80~90℃，再边搅拌边逐颗加入聚己内酯（PCL）。

进一步，上述搅拌是采用玻璃棒进行搅拌，搅拌速率为50~60rpm，升温结束后，将玻璃棒末端置于LM和PCL形成的混合物中靠近混合物表面1/3处，续搅拌30~60min。

在制备过程中，我们发现，PCL的用量过大，制备出来的复合材料会丧失导电性能，但是极少的PCL与液态金属（LM）很难完全渗入其内部，且由于PCL本身具有很大的粘性，容易附着在搅拌器上，液态金属在其内部很难分布均匀。

本发明中通过先将LM加热至略高于PCL的熔点，缓慢加入PCL，并缓慢搅拌，然后缓慢升温至较高温度，在该过程中，随温度的缓慢变化，以及液态金属的参与，协同调控了PCL的粘度，通过玻璃材质的搅拌棒搅拌将EGaIn完全渗入PCL中，并保证其具有优异的硬度和韧性。根据PCL和LM的较大密度差，在高温下调节玻璃搅拌棒在混合物中的搅拌位置，在缓慢的搅拌速率下促进液态金属在PCL中形成大部分LM下沉，并由下到上成分含量逐渐减少，而PCL上移，由上至下逐渐减少的结构，形成正面（上端）绝缘、背面（下端）导电的各向异性，且由于LM主要聚集在材料的背面，使其导电端较均匀分散在复合材料中的结构具有更优异的导电性能。

进一步，所述液态金属优选镓铟合金（EGaIn）。

进一步，上述镓铟合金和聚己内酯的质量比为7~9:1。