[发明专利]一种镓基液态金属柔性电子器件的制备方法

说明书

本申请涉及一种镓基液态金属柔性电子器件的制备方法，属于液态金属制备技术领域。本申请的镓基液态金属柔性电子器件的制备方法，包括以下步骤：将镓基液态金属置于毛细管中进行冷凝处理，然后去除毛细管，得到镓基液态金属细丝；将所述镓基液态金属细丝进行塑形处理；将所述塑形处理后的镓基液态金属细丝进行封装处理，即得所述镓基液态金属柔性电子器件。本申请将镓基液态金属在毛细管中冷凝后进行塑形和封装，省去了模具的使用，无需软光刻、喷溅、激光雕刻等预制模具的复杂工艺，具有工艺简单、成本低、利于推广应用的优点。

技术领域

本申请涉及液态金属制备技术领域，尤其涉及一种镓基液态金属柔性电子器件的制备方法。

背景技术

镓基液态金属的熔点可低至15.4℃，常温下呈液态，兼具金属和流体两种材料的特性，有着优异的流动性、导电导热性、可变形能力和生物相容性等，是一种理想的柔性电极材料。该柔性电极材料可以与柔性材料复合制备可拉伸变形且导电的液态金属柔性电子器件，在承受一定的弹性变形时依然保持优良的电学性能。该柔性电子器件可广泛应用于新能源、先进制造、生物医学、电子信息、人工智能等领域，并且给半导体、软体机器人、芯片冷却、柔性可穿戴电子设备、可伸缩电池、电子电路打印等技术带来新的发展机遇。

镓基液态金属柔性电子器件在制备时需要对液态金属进行图案化处理，目前主流的制备方法有微流控、3D打印和搅拌-模板浇注。微流控的核心是将柔性材料预制成带有微通道的模具，将液态金属注入微通道中进行图案化。但预制模具所需精度较高，需要软光刻、喷溅和激光雕刻等复杂工艺，成本较高且存在上下模板对准误差的问题，另外需要通过外加电场、温度、机械力等外界因素控制液态金属在微通道中的流动和分布，否则可能出现堵塞等问题，柔性模具在注入过程中还存在变形和破损泄露等风险。

3D打印是通过3D打印技术在不同的基体上对液态金属进行复杂图案化，不需要定制高精度的预制模具。但液态金属在打印过程中容易聚集成球，且表面极易形成氧化膜Ga₂O₃限制其流动性，对3D打印的制备控制条件要求非常高。目前液态金属3D打印仅支持二维平面电路，且生产速度慢、设备维护成本高，不利于规模化生产应用。

搅拌-模板浇注是将一定质量配比的镓铟合金与柔性材料溶液混合为复合材料，然后浇注模具固化成型，制备方法较为简单。但是，液态金属密度为6.44 g/cm³，为柔性材料溶液密度的6倍之多，因此复合材料容易出现沉淀、分散不均匀的问题，导致难以制备均质的可拉伸导电材料，得到的电子器件的强度、韧性及导电性等性能难以满足应用标准。另外由于模具的表面微观缺陷以及液态金属的流动等原因，复合材料还容易发生泄露污染。因此模具往往还要附加防泄漏结构，具有制备效率低并且成本高的问题。

发明内容

本申请的目的在于提供一种镓基液态金属柔性电子器件的制备方法，将镓基液态金属在毛细管中冷凝后进行塑形和封装，省去了模具的使用，无需软光刻、喷溅、激光雕刻等预制模具的复杂工艺，具有工艺简单、成本低、利于推广应用的优点。

本申请的镓基液态金属柔性电子器件的制备方法，采用的技术方案如下：

一种镓基液态金属柔性电子器件的制备方法，包括以下步骤：步骤S1、将镓基液态金属置于毛细管中进行冷凝处理，然后去除毛细管，得到镓基液态金属细丝；步骤S2、将所述镓基液态金属细丝进行塑形处理；步骤S3、将所述塑形处理后的镓基液态金属细丝进行封装处理，即得所述镓基液态金属柔性电子器件。本申请通过将镓基液态金属冷凝为固态细丝，可以方便地采用常规机械制造设备或方法进行塑形加工，将镓基液态金属在固体情况下进行图案化，然后通过封装处理使镓基液态金属在使用时转换为液态，从而获得具有预期设计电路结构的镓基液态金属柔性电子器件。该方法避免了传统方法预制模具需要采用的软光刻、喷溅、激光雕刻等大型高精度设备或复杂工艺，极大地简化了制造流程。通过该制备方法，能够在保持镓基液态金属柔性电子器件的高导电、高精度和高延展性等性能的同时，显著提高经济效益，有利于推广应用，实现镓基液态金属的工业化生产。