[发明专利]一种可直接成型的改性液态金属复合材料及其制备方法

说明书

本发明属于功能材料领域，涉及一种改性液态金属复合材料的制备方法。本发明提供一种改性液态金属复合材料，由液态金属和无机材料复合制得，即将无机材料和液态金属采用机械研磨的加工方法，通过机械剪切诱导的力化学作用，使得液态金属中的空轨道能与无机材料表面存在的孤对电子形成配位作用，并使得液态金属中的金属原子进入无机材料的晶格内部；强烈的相互作用使无机材料能均匀地分散在液态金属内部，得到一种改性液态金属复合材料；所述无机填料为含有孤电子对的无机材料，且无机填料的比表面积≤18.1142m²/g。本发明能够得到油灰状或液态状的改性液态金属复合材料；所得改性液态金属复合材料具有优异的可塑性，能够直接成型。

技术领域

本发明属于功能性复合材料制备领域，具体涉及一种改性液态金属复合材料的制备方法。

背景技术

液态金属是一类室温下同时具有液体流动性和金属功能性的材料，近年来，随着社会进步和科技发展，受到了研究人员的广泛关注。目前常见的液态金属主要有：汞，铷，镓和镓基合金。其中，传统的液态金属汞由于其高生物毒性限制了它在很多领域的应用。而镓基液态金属作为新一代功能材料，具有很多优良的性能，如高的本征导电性(4×10⁶S/m)、高本征导热性(26W/m·K)、低熔点、低粘度(2mPa·s)以及低生物毒性等。

然而，液态金属高的表面张力(＞550m N/m)极大地增加了其加工和应用的复杂性，尤其是在复合、图案化和印刷方面。例如，如果没有复杂的化学改性，因为液态金属与聚合物基体的界面张力不匹配，将它们复合并保证均匀分散是非常困难的。此外，对于特殊的成型方式，比如喷墨打印、微电子打印或3D打印技术等，由于液态金属具有高的表面张力，将其从针管中挤出时会分解成不连续的液滴，使这些技术难以实现，阻碍了液态金属作为可拉伸的电线、电极和天线等2D/3D材料在柔性电子领域的应用。

可见，液态金属难以直接成型，即利用目前的技术手段，还无法实现对液态金属的形状和力学性能等进行可控操作。

发明内容

针对上述缺陷，本发明提供一种改性液态金属复合材料的制备方法，将液态金属与特定比表面积的含孤电子对的无机填料采用机械研磨的加工方法，能够得到油灰状的浆糊似改性液态金属复合材料或液态状的改性液态金属复合材料；所得改性液态金属复合材料具有优异的可塑性，能够直接成型，进而能够实现对液态金属形状、力学性能、导电性能和导热性能的可调控。

本发明的技术方案：

本发明要解决的第一个技术问题是提供一种改性液态金属复合材料，所述改性液态金属复合材料由液态金属和无机材料复合制得，所述复合方法为：将无机材料和液态金属采用机械研磨的加工方法，通过机械剪切诱导的力化学作用，使得液态金属中的空轨道能与无机材料表面存在的孤对电子形成配位作用，并且使得液态金属中的金属原子进入无机材料的晶格内部；这些强烈的相互作用使无机材料能均匀地分散在液态金属内部，得到一种可直接成型的改性液态金属复合材料；其中，所述无机填料为含有孤电子对的无机材料，且无机填料的比表面积≤18.1142m²/g。

进一步，所述液态金属选自：金属镓、金属铟、金属铷、金属铯及其与金属铟、金属锡的合金中的至少一种；本发明中，液态金属可以是镓、铟、铷或铯中的至少一种，也可以是上述金属(镓、铟、铷或铯)与金属铟或金属锡的合金金属，还可以是上述金属(镓、铟、铷或铯)与上述金属的混合物。

进一步，所述无机材料选自：含氮化合物、含氧化合物、含磷化合物或含硫化合物。

更进一步，所述含氮化合物为氮化硼、氮化硅、氮化钛或氮化铝中的至少一种。

更进一步，所述含氧化合物为氧化铝、氧化铍、氧化锆或氧化钛中的至少一种。

更进一步，所述含磷化合物为磷化镓或磷化铝中的至少一种。

更进一步，所述含硫化合物为二硫化钼、硫化镓或硫化锗中的至少一种。