本技术介绍了一种创新的半固态金属弹性体制备技术,该技术通过以下步骤实现:首先将液态金属与水超声混合形成悬浮颗粒;其次,加入固态金属颗粒物继续超声混合;然后,加入酸性溶液形成固态沉淀物,即半固态金属SSM;最后,将SSM与弹性体前驱液混合并固化,得到半固态金属弹性体SSME。该技术制备的SSME具备优异的机械性能和电导率,且在应变下电阻变化较小。
背景技术
在电子技术与材料科学交叉融合的快速发展领域,可拉伸柔性导体作为连接刚性与柔性电子器件的关键组件,其性能的优化一直是研究的热点与难点。传统上,这类导体通常依赖于在高度可拉伸的弹性体基质中均匀掺杂各类导电粒子来实现导电性能与机械柔韧性的结合。导电粒子的选择多样,涵盖了离子、金属颗粒、无机导电颗粒以及导电高分子等多种材料。其中,金属颗粒因其本征的高电导率特性,在制备可拉伸导体时展现出尤为突出的优势,成为提升导电性能的首选填料。
然而,金属颗粒掺杂的可拉伸导体在实际应用中遭遇了一个难以调和的矛盾。具体而言,当金属颗粒的掺杂量处于较低水平时,虽然能够保持弹性体的良好拉伸性,但所得导体的电导率却显著不足,且在受到外力作用发生应变时,电阻值会急剧上升,严重限制了其在动态或形变环境下的应用潜力。相反,若为了提高电导率而大幅增加金属颗粒的掺杂比例,则会导致弹性体基质的物理性质发生剧变,具体表现为材料脆化、模量激增,进而使得原本优异的可拉伸性能大打折扣,无法满足柔性电子设备对材料柔韧性的基本要求。
针对上述难题,业界尝试引入液态金属填料,如镓铟合金(EGaIn),以期在保持高电导率的同时,利用液态金属的流动性改善材料的可拉伸性,如公开号为CN109467931A的中国专利公开了一种基于纳米液态金属的柔性介电弹性体复合材料包括弹性体和液态金属,通过以下步骤制备:用超声粉碎制备出硫醇包覆的纳米液态金属乳液,将弹性体溶于溶剂中,再与纳米液态金属乳液混合并搅拌均匀,得到液态金属/弹性体/溶剂悬浮液,采用热压法成膜或者室温固化得到所述柔性介电弹性体复合材料。然而,这一方案同样面临严峻挑战。EGaIn合金因其较强的流动性和较高的表面张力,在材料发生形变时极易从弹性体基体中泄漏出来,这不仅会导致导电路径的中断,还可能引起电子设备内部的短路故障,严重威胁到设备的安全运行和稳定性。如公开号为CN117410030A的中国专利公开的一种液态金属基复合柔性导电材料的制备方法提供了一种解决办法,利用真空负压环境使热塑性弹性体在固化过程中其内部的有机溶剂迅速挥发并主动脱气形成密集排列的微米级空腔,可为应力破裂液态金属纳米颗粒提供足够的填充空间,解决复合材料在机械烧结过程中液态金属泄露的问题。
因此,尽管当前技术在可拉伸柔性导体的制备方面取得了一定进展,但仍缺乏一种既能有效提升电导率,又能确保材料在形变过程中保持高度柔韧性和稳定性的理想填料。因此,开发新型导电填料或复合材料结构,以解决现有技术中的这一核心矛盾,成为推动可拉伸柔性导体技术进一步发展的关键所在。
实现思路