[发明专利]一种多形状液态金属颗粒及其制备方法

说明书

本发明涉及液态金属材料领域，尤其涉及一种多形状液态金属颗粒及其制备方法。所述制备方法利用微流道在液态金属颗粒外表面包裹一层凝胶纤维，进而对液态金属颗粒的形状进行调控。本发明利用微流道在金属颗粒外表面包裹一层凝胶纤维，通过包裹过程中的工艺参数，可以初步完成对液态金属颗粒形状的调控，使其能够呈现出球形、椭球形、纺锤形、鼓形、圆柱形、水滴形、多层结构等三维结构。本发明通过调整液态金属颗粒的制备方法进而制得多形状液态金属颗粒，拓展了以往传统单一形状液态金属颗粒的使用范围，特别是应用于柔性液态金属微型机器人、柔性液态金属微马达、柔性液态金属电路、液态金属3D打印等方面。

技术领域

本发明涉及液态金属材料领域，尤其涉及一种多形状液态金属颗粒及其制备方法。

背景技术

近年来，液态金属作为一大类新兴功能材料，由于其十分独特的物理化学性质，如低熔点、高表面张力、良好的导电性、导热性，特别是柔性可变形性，在制造柔性微型机器人、柔性微马达，柔性电路，3D打印等领域得到了广泛的关注。

液态金属颗粒作为基本单元，在大规模制造时如果不能系统地、独立地精确调控其结构，实际应用将是一个巨大的挑战。目前，常规的研究方法利用注射法、模板法、超声法能够制备微米级液态金属颗粒，但是由于液态金属极高的表面张力，制备得到的液态金属颗粒在溶液中呈现出圆球形，形状单一并且极易发生融合。此外，这些方法制备得到的液态金属颗粒三维形状高度对称，不利于组装形成复杂三维结构，也不利于产生非对称的驱动力，难以匹配复杂的应用需求。为此，迫切需要一种简易的方法以制备具有丰富三维结构的液态金属颗粒。

鉴于此，特提出本发明。

发明内容

针对常规方法制得的液态金属颗粒形状单一的问题，本发明提供一种多形状液态金属颗粒及其制备方法。

作为本发明的第一目的，提供一种多形状液态金属颗粒的制备方法；该方法通过微流体技术配合凝胶纤维限制，精确设计制备出具有多样三维结构的液态金属颗粒。

具体而言，所述制备方法利用微流道在液态金属颗粒外表面包裹一层凝胶纤维，进而对液态金属颗粒的形状进行调控。

本发明意外发现，利用微流道在金属颗粒外表面包裹一层凝胶纤维，通过包裹过程中的工艺参数，可以初步完成对液态金属颗粒形状的调控，使其能够呈现出球形、椭球形、纺锤形、鼓形、圆柱形、水滴形、多层结构等三维结构。

作为优选，所述调控包括第一次调控，所述第一次调控为：以液态金属为内部流体、凝胶溶液为外部流体，利用微量注射泵同时泵送内部流体和外部流体，在剪切力的作用下液态金属分化为液态金属颗粒，经过凝胶化使包裹在液态金属颗粒外表面的凝胶溶液形成凝胶纤维。

本发明中，第一次调控尤为重要；所述第一次调控通过分别调控内部流体和外部流体的泵送温度和流速，二者相辅相成，即初步完成对液态金属颗粒的形状调控。

具体地，作为上述技术方案的优选，所述内部流体和所述外部流体均在10～100℃下，以1～1000μl/min的流量泵送。

进一步地，为了更加精准的调控液态金属颗粒的形状，本发明在探究中发现，在所述第一次调控之后，所述调控还包括第二次调控，所述第二次调控为：对所述凝胶纤维进行脱水、拉伸或压缩，以完成对液态金属颗粒形状的第二次调控。

作为优选，所述液态金属选择汞、镓、铷、铯、镓铟合金、镓铟锡合金、镓铟锡锌合金、铋铟锡合金、镓铟锡锌铋合金、掺杂了纳米颗粒的液态金属中的一种；

所述纳米颗粒为铁纳米颗粒、铜纳米颗粒、镍纳米颗粒、金纳米颗粒中的一种。

本发明中，所述镓、镓铟合金、镓铟锡合金等其它镓基合金可选用市售的产品，也可以按照现有技术中合金的制备方法(比如加热混合方法)制备得到。

作为优选，所述凝胶溶液为天然高分子凝胶溶液或人工高分子凝胶溶液；