[发明专利]多形态液态金属液滴纤维及其制备方法

说明书

本发明提供了一种多形态液态金属液滴纤维及其制备方法，该多形态液态金属液滴纤维采用微流控纺丝技术制得，其包括纤维基体以及间隔分布在纤维基体上的金属液滴；并且金属液滴具有多种形态，赋予该纤维更加灵活可调控的表面形貌，可应用于纤维上流体界面的调控。

技术领域

本发明涉及纤维材料技术领域，具体涉及一种多形态液态金属液滴纤维及其制备方法。

背景技术

液滴微流控纺丝技术是一种在不混溶流体中产生液滴序列或者射流的有效方法。通过将生成的双相体系中的连续相固化后，便能够产生纺锤结纤维或是核-壳纤维，这种产生纤维的方法被称为微流控纺丝技术。对于纺锤结纤维而言，其周期性的表面形貌与蛛丝类似，能够促进水雾中液滴的附着和生长，从而实现高效的水雾收集；对于核-壳结构而言，通过使用具有导电性的液体作为核，便容易制备具有导电性的可拉伸纤维，能够广泛用于柔性电子器件的设计与制备。

液态金属一般是指熔点位于室温以下的金属，包括汞、镓等，其具有优异的流动性、导电性、导热性等等，广泛用于柔性电子领域。其中，汞具有毒性和挥发性，因此基于汞的液态金属器件往往会面临可靠性和安全性的问题。镓基液态金属无毒而且不挥发，是优异的液态金属器件设计可考虑的选择。

在以往的研究中，学者们常常研究如何将镓基液态金属用于柔性导线的制备，包括电纺丝技术、微流控纺丝技术等等。然而，液态金属在核-壳纤维制备上的研究却被忽视。另外，目前的文献报道中微流控纺丝方法仅能形成球状的分散相液滴，这是因为双相界面表面张力的影响，液滴趋向于形成球形液滴以缩减相界面面积，但是，表面张力的限制也就限制了液滴的形态，从而限制了纤维的表面形貌的进一步拓展。

发明内容

为了克服现有技术中的不足，本发明的主要目的在于提供一种多形态液态金属液滴纤维及其制备方法，该多形态液态金属液滴纤维采用微流控纺丝技术制得，其包括纤维基体以及间隔分布在纤维基体上的金属液滴；并且金属液滴具有多种形态，赋予该纤维更加灵活可调控的表面形貌，可应用于纤维上流体界面的调控。

为了实现上述目的，根据本发明的第一方面，提供了一种多形态液态金属液滴纤维。

该多形态液态金属液滴纤维采用微流控纺丝技术制得，其包括纤维基体以及间隔分布在所述纤维基体上的金属液滴；其中，所述金属液滴具有多种形态。

进一步的，所述金属液滴呈球形、椭球形、锥形。

进一步的，所述金属液滴位于所述纤维基体内部，所述金属液滴表面包裹有氧化膜。

进一步的，所述金属液滴至少部分外露在所述纤维基体外部，所述金属液滴表面包裹有氧化膜。

进一步的，所述金属液滴包括但不限于纯镓、镓铟合金、镓铟锡合金、镓铟锡锌合金液滴；

优选的，所述纤维基体的材质包括但不限于水凝胶。

为了实现上述目的，根据本发明的第二方面，提供了一种多形态液态金属液滴纤维的制备方法。

该多形态液态金属液滴纤维的制备方法基于微流控纺丝技术，包括以下步骤：

采用液态金属以及具有一定溶解氧的可固化溶液，并控制二者的注射速度以获得内部间隔分布有金属液滴的可固化溶液；其中，所述金属液滴的形态可调控；

对间隔分布有金属液滴的所述可固化溶液进行固化处理，获得所述多形态液态金属液滴纤维。

进一步的，所述可固化溶液中所述溶解氧的含量≥1mg/L。

进一步的，所述可固化溶液包括但不限于海藻酸钠溶液、聚乙二醇二丙烯酸酯、PDMS预聚物；

优选的，所述固化处理采用的固化溶液包括但不限于氯化钙溶液。