[发明专利]液态金属流道的改性方法、超材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种液态金属流道的改性方法、超材料及其制备方法，该超材料包括基底结构和流道密封结构，所述基底结构和所述流道密封结构上设置有流道，所述流道密封结构和所述基底结构的流道表面设置有低表面能的膜结构，所述流道密封结构封装在所述基底结构上，通过所述流道密封结构与所述基底结构的流道封装形成供液态金属流动的微通道。本发明技术方案通过在基底结构与流道密封结构上形成低表面薄膜结构，实现基于液态金属流道结构的表面改性，实现液态金属在流道中的高延展性、大流动性、精确流控性。能够降低液态金属流道表面能、减小液态金属与流道间的界面张力，避免液态金属大表面张力、强粘附性对流动驱动的影响。

技术领域

本发明属于电磁通信技术领域，尤其涉及一种基于液态金属流道的改性方法、液态金属流控的超材料及其制备方法。

背景技术

液态金属是一种不定型、在常温下可流动的导电金属，它综合了传统刚性和柔性材料的优良性能，目前主要有五种熔点接近或低于室温的金属：钫、铷、铯、汞和镓。其中，钫具有辐射性，铯和铷与空气接触后会剧烈反应，汞具有毒性且它表面张力大，不易对其进行图案化成型，这四种材料均不适合用于制备柔性电子器件，但镓及其合金适用于制备各种器件，主要得益于：1)熔点非常低，在室温下为液态；2)粘度低，便于注入微流道中；3)电导率较高，虽然比铜的电导率低，但是远远高于其他导电液体等；4)不易蒸发，性能稳定，操作时不会吸入气体分子；5)液态金属在注入前不用加热熔化，易于与有机材料兼容；并且在注入过程中始终保持液态，注入完成后无冷却过程，减少工艺耗时。

近年来，随着液态金属性能的不断开发，利用不同合金材料的配比能够实现不同粘度、熔点、导电性等性能特性，并且利用液态金属的大变形和流动性与微结构进行集成，实现在微流道结构中液态金属的填充注入与微流动，具有柔性化、低成本、可重构特点，成为一个极具发展前景的新兴技术，可以广泛应用于柔性电子、柔性传感、可重构天线、超材料等领域。

液态金属流动的流道结构通常为μm-mm级，并且，其流道结构通常基于玻璃、PMMA等硬基底以及PDMS、硅胶等柔性基底。为了实现液态金属在流道结构的分布形态，需要驱动控制液态金属在流道结构中的精确流控特性。然而，液态金属在空气中易氧化，在表面将形成一层0.5-3nm左右的氧化层，由于其表面粘稠状特征，改变了液态金属的表面性能，极大影响了流动特性。同时，液态金属的表面张力比水高一个数量级，不容易形成表面张力差实现流动控制，这使得液态金属的驱动控制难度增大，与当前的流体体系不完全相同。此外，液态金属的密度大，是水的6.5倍，惯性作用大，不容易驱动。现有液态金属的流道与液态金属接触界面张力较大，不利于液态金属在流道中的流动与控制。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明的目的之一在于提供一种基于微纳加工工艺的液态金属流道的改性方法，旨在解决现有液态金属的流道中的液态金属流动性差以及难于控制等问题。本发明的目的之二在于提供一种基于改性方法而制备的改性液态金属流道。本发明的目的之三在于提供一种基于液态金属流控的超材料制备方法。本发明的目的之四在于提供一种基于液态金属流控的超材料。

为实现上述目的，本发明提供一种液态金属流道的改性方法，所述液态金属流道包括基底结构和流道密封结构，所述改性方法包括以下步骤：

1)将所述流道密封结构与所述基底结构分别固定于水平面上；

2)在所述流道密封结构与所述基底结构表面匀胶旋涂低表面能薄膜；

3)将旋涂所述低表面能薄膜的流道密封结构和基底结构在烘箱中固化成型。

进一步，所述改性方法还包括：

将固化后的流道密封结构封装在基底结构上。

本发明第二目的提供一种改性液态金属流道，其是通过上述改性方法所制备。

本发明第三目的提供一种基于液态金属流控的超材料制备方法，所述制备方法包括以下步骤：