[发明专利]液态金属纤维/弹性体柔性复合材料及其制备方法、应用

说明书

本发明公开了液态金属纤维/弹性体柔性复合材料及其制备方法、应用，包括：将液态金属加入至弹性体溶液中得到液态金属/弹性体混合液；所得液态金属/弹性体混合液经磁力搅拌，得到液态金属纤维/弹性体混合乳状液；所得产物离心处理，取中间层三分之一部分作为流延用原液；将流延用原液经浇注、烘干，再加热固化，得到液态金属纤维/弹性体柔性复合材料。本发明液态金属纤维/弹性体柔性复合材料及其制备方法、应用实现了轻质、柔性、高导热和高电磁屏蔽效能的结合，制备方法简单易行，成本低廉，可批量化生产，获得的柔性复合材料中液态金属的含量低，具有质轻、全柔性、高导热和高电磁屏蔽性能等优点，在柔性电子领域具有广泛的应用前景。

技术领域

本发明属于复合材料技术领域，涉及液态金属纤维/弹性体柔性复合材料及其制备方法、应用。

背景技术

柔性电子技术的快速发展将会带来越来越多的柔性可穿戴电子器件，为人们带来更加便捷和舒适的生活。与此同时，柔性电子器件在运行时会产生大量的热量和电磁辐射，容易导致过热热点和电磁污染问题，进而降低器件工作的稳定性以及危害人类的身体健康。因此，人们一般通过发展兼具柔性、轻质、高导热和高电磁屏蔽效能的材料来减小过热热点和电磁干扰带来的危害。

近年来，研究者通常通过制备刚性导电填料(金属纤维、石墨烯、碳纳米管和Mxene等)为填料、弹性体为基体的复合材料来实现柔性、轻质、高导热和高电磁屏蔽效能等性能的结合。但是，该类复合材料存在的两个主要问题限制了其应用：第一，刚性填料的加入会快速损害复合材料的柔性；第二，在机械形变过程中，复合材料的导热和电磁屏蔽效能逐渐降低。

为解决刚性填料/弹性体复合材料中存在的上述问题，近年来，研究者利用具有天然柔性的液态金属颗粒替代刚性填料，以实现复合材料的全柔化。研究结果表明，液态金属颗粒/弹性体复合材料呈现良好的柔性，热导率和电磁屏蔽效能分别处于0.3W/(m·K)～5W/(m·K)和5dB～20dB。然而，由于液态金属颗粒/弹性体复合材料中液态金属颗粒是零维结构，相互之间的连接性很低，不可避免地存在下述矛盾：液态金属颗粒的质量分数较低，导热和电磁屏蔽效能很低；液态金属颗粒的质量分数增加，复合材料的密度升高，且液态金属颗粒容易流出泄露，无法满足应用要求。例如，目前的液态金属颗粒/弹性体复合材料中，液态金属的体积分数均高于30％，密度高于2.5g/cm³。

因此，如何提升液态金属的长径比，从而降低液态金属在复合材料中的体积分数，是提升液态金属/弹性体复合材料综合性能的关键，也是获得兼具柔性、轻质、高导热和高电磁屏蔽效能材料的有效途径。

发明内容

为了达到上述目的，本发明提供液态金属纤维/弹性体柔性复合材料及其制备方法、应用，实现了轻质、柔性、高导热和高电磁屏蔽效能的结合，制备方法简单易行，成本低廉，可批量化生产，获得的液态金属纤维/弹性体柔性复合材料中液态金属的含量低，具有质轻、全柔性、高导热和高电磁屏蔽性能等优点，在柔性电子领域具有广泛的应用前景，解决了现有技术中存在的问题。

本发明所采用的技术方案是，液态金属纤维/弹性体柔性复合材料的制备方法，包括以下步骤：

S1，采用溶剂溶解型聚合物配制弹性体溶液或采用双组份硅胶弹性体的A组分作为弹性体溶液；

S2，将液态金属以2％～20％：80％～98％的体积比加入至弹性体溶液中，液态金属与弹性体溶液的体积百分数之和为100％，得到液态金属/弹性体混合液；

S3，对于溶剂溶解型聚合物配制的弹性体溶液，S2得到的液态金属/弹性体混合液在转速为200r/min～600r/min的条件下进行磁力搅拌20min～120min，得到液态金属纤维/弹性体混合乳状液；