[发明专利]一种聚合物/液态金属复合导电固体材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种聚合物/液态金属复合导电固体材料及其制备方法，由QCA、AA、甲基丙烯酸磺酸甜菜碱、偶氮二异丁脒盐酸盐、液态金属和超纯水为原料聚合制成。本发明将液态金属分散的聚合物溶液烘干得到聚合物/液态金属复合导电固体，由于是以极低固含量(2‑3wt％)聚合物溶液分散液态金属，使得液态金属固体中液态金属可以形成高导通电路，从而获得高导电性能，并且聚合物会限制液态金属流动，将液态金属转变为固态。

技术领域

本发明属于功能高分子技术领域，具体涉及一种聚合物/液态金属复合导电固体材料及其制备方法。

背景技术

液态金属是指一类在室温下呈液态的金属或合金，包含单相液态金属(例如金属镓)和多相液态金属合金(例如镓铟合金)。液态金属因为具有低毒性、良好的生物相容性、优异的导电性和导热性以及高流动性，而在治疗学、生物成像、生物传感器和组织修复等生物医学领域显示出巨大的潜力。

由于液态金属单一使用的应用受限(例如因其表面张力大而无法与基材形成有效粘附)，目前，液态金属通常与其他功能材料(例如金属纳米粒子、聚合物和药物分子)形成液态金属复合材料。液态金属复合材料可以根据应用需求而改变液态金属的固有性质，使其能够在解决各种行业的挑战性问题方面显示出进一步的巨大潜力，包括生物医学、化学催化、柔性电子和软机器人。

但液态金属的液体特性还限制了其在柔性电子领域的应用，虽然聚合物/液态金属复合策略在柔性电子领域已经取得了不少的成就，但是仍然存在泄漏、导电性能不稳定等系列问题。因此，将液态金属转化为具有一定延展性或者柔性的固体，并且保证其导电性能，是亟待解决的难题。

近年来，Lou等人(Lou Y,Liu H,Zhang J.Liquid metals in plastics forsuper-toughness and high-performance force sensors[J].Chemical EngineeringJournal,2020.)用聚乙烯醇(PVA)来稳定液态金属并将其烘干，得到含有微米级液态金属液滴的聚乙烯醇塑料，所得塑料具有高强度和良好的拉伸性能，但其导电性能较差。Rahim等人(Rahim M A,Centurion F,Han J,et al.Polyphenol-Induced Adhesive LiquidMetal Inks for Substrate-Independent Direct Pen Writing[J].AdvancedFunctional Materials,2021.)将液态金属在单宁酸(TA)溶液中进行超声分散，得到由单宁酸分子在液态金属液滴表面自组装形成的核壳结构，并将其作为墨水在各种基材上形成电子线路。但是这些现有技术中用以提高导电性能的线路是需要通过外力机械破坏液态金属颗粒表面的单宁酸外壳和氧化物，才能使液态金属液滴之间产生连接，所产生的液态金属电路的导电性能较不稳定。更为重要的是，具有单宁酸外壳的液态金属液滴仍然为液态，未转变为固态，具有液态金属泄露等系列问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术缺陷，提供一种聚合物/液态金属复合导电固体材料。

本发明的另一目的在于提供上述聚合物/液态金属复合导电固体材料的制备方法。

本发明的技术方案如下：

一种聚合物/液态金属复合导电固体材料，由QCA、AA(丙烯酸)、甲基丙烯酸磺酸甜菜碱、偶氮二异丁脒盐酸盐、液态金属和超纯水为原料聚合制成，上述QCA的结构式为

在本发明的一个优选实施方案中，所述液态金属为镓铟合金。

进一步优选的，所述镓铟合金中，Ga:In＝70-90％:10-30％。

更进一步优选的，所述镓铟合金中，Ga:In＝85.8％:14.2％。

在本发明的一个优选实施方案中，所述QCA的合成路线为：