利用浸渗现象制备液态金属薄膜的方法

本发明涉及一种利用浸渗现象制备液态金属薄膜的方法。

背景技术：

1、近年来，随着人们对可穿戴设备的兴趣与日俱增，可拉伸电极的应用研究也正在积极进行。由于现有的金属电极在应用于柔性和可拉伸的设备时即使受到低拉力也容易损坏，因此作为柔性和可拉伸电极的发展方向之一，正在积极进行利用具有高导电性和抗变形性的液态金属作为电极的研究。

2、为了使用液态金属作为电极，液态金属改性和涂层技术至关重要。现有的液态金属涂覆方法包括沉积工艺、模板工艺及刮刀工艺等。这些方法虽然简单，但缺点为由于液态金属表面张力高，导致薄膜均匀性差，厚度难以控制。此外，使用热蒸发、电子束蒸发和溅射的方法虽然可获得均匀的薄膜，但工艺复杂且需要昂贵的设备。

3、因此，正在研究利用液态金属的合金形成特性来形成液态金属薄膜和图案的方法，然而，虽然当液态金属和金属基底直接相遇形成合金时会发生液态金属的润湿现象，但在平坦的金属基底上保持有限接触角的同时呈现出不完全润湿(incomplete wetting)现象存在一些局限性，为了诱导液态金属和另一种金属形成合金需要额外的外力(例如物理力或电力等)，这增加了工艺的复杂性。

4、上述描述已经在构思本公开的过程中被发明人所拥有或获取，并且，不一定是在提出本技术之前公知的技术。

技术实现思路

1、要解决的技术问题

2、为了解决上述问题，本发明旨在提供一种利用液态金属的浸渗现象在形成有微观结构的金属基底表面上制备液态金属薄膜的方法，以及一种利用液态金属的浸渗现象在具有采用喷涂的纳米-微观结构的金属纳米粒子涂覆基底表面上制备液态金属薄膜的方法。

3、具体地，根据本发明的使用微观结构金属基底制备液态金属薄的方法不需要昂贵的设备，并且旨在提供一种无需外力即可在短时间内完成涂覆的方法。

4、具体地，根据本发明的使用喷涂的液态金属薄膜的制备方法旨在提供一种不需要额外工艺来形成纳米-微观结构的简单的制备方法。

5、然而，本发明要解决的技术问题并非受限于上述言及的问题，未言及的其他问题将通过下面的记载由本领域普通技术人员所明确理解。

6、解决问题的技术手段

7、根据本发明的液态金属薄膜的制备方法包括以下步骤：在高分子基底上形成微观结构；通过在形成有所述微观结构的高分子基底上沉积金属来制造微观结构金属基底；以及在所述微观结构金属基底上涂覆液态金。

8、根据一实施例，所述高分子基底包括从由聚二甲基硅氧烷(pdms，polydimethylsiloxane)、聚(聚氨酯丙烯酸酯)(pua，poly(urethane acrylate))、聚(乙烯醇)(pva，poly(vinyl alcohol))、聚氯乙烯(pvc，polyvinyl chloride)、聚四氟乙烯(ptfe，polytetrafluoroethylene)、苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯(sebs，styrene ethylenebutylene styrene)、聚烯烃(polyolefin)、聚苯乙烯(polystyrene)、聚酯(polyester)、聚丙烯酸酯(polyacrylate)、聚酰亚胺(polyimide)及生物可降解塑料(ecoflex)组成的群组中选择的任一种，并且，所述金属可以包括从由铜、金、铬、银、铂、锌、镍、锡及铁组成的群组中选择的至少任一种，并且，所述液态金属可以包括镓或镓基合金，其中所述镓基合金包括镓和从由铟、锡及锌组成的群组中选择的至少任一种金属。

9、根据一实施例，形成所述微观结构的步骤通过光刻工艺、软光刻工艺、纳米压印工艺、3d打印机工艺、粒子涂覆方法或表面切割方法来进行，并且，所述微观结构可以包括从圆柱体、金字塔、半球形及多边形柱体组成的群组中选择的至少任一种结构，并且，所述微观结构的高度可以为1μm至200μm，宽度可以为1μm至200μm，间距可以为1μm至100μm。

10、根据一实施例，通过沉积所述金属来制造微观结构金属基底的步骤通过真空沉积工艺进行，并且，涂覆所述液态金属的步骤通过在所述微观结构金属基底上用酸蒸气处理液态金属来进行，并且，所述酸蒸气处理可以是对选自由盐酸、硝酸、硫酸、氢溴酸及高氯酸组成的群组中的至少任一种酸溶液的蒸气进行处理。

11、根据一实施例，在涂覆所述液态金属的步骤中，所述液态金属沿所述微观结构自发地、选择性地进行涂覆，并且，涂覆在所述微观结构金属基底上的液态金属的厚度可以为1μm至200μm。

12、根据本发明的液态金属薄膜的制备方法包括以下步骤：通过在高分子或硅基底上喷涂金属纳米粒子来制造金属纳米粒子涂覆基底；以及在所述金属纳米粒子涂覆基底上涂覆液态金属。

13、根据一实施例，在制造所述金属纳米粒子涂覆基底的步骤之前，还可以包括以下步骤：在所述高分子或硅基底上沉积金属以形成金属层。

14、根据一实施例，所述高分子基底包括从由聚二甲基硅氧烷(pdms，polydimethylsiloxane)、聚甲基丙烯酸甲酯(pmma，polymethyl methacrylate)、聚(聚氨酯丙烯酸酯)(pua，poly(urethane acrylate))、聚四氟乙烯(ptfe，polytetrafluoroethylene)、苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯(sebs，styrene ethylenebutylene styrene)、聚丙烯(polypropylene)、聚苯乙烯(polystyrene)、聚酯(polyester)、聚酰亚胺(polyimide)及生物可降解塑料(ecoflex)组成的群组中选择的任一种，并且，所述金属包括从由铜、金、银、铂、锌、镍、锡及铁组成的群组中选择的至少任一种，并且，所述金属纳米粒子包括从由铜、金、银、铂、锌、镍、锡及铁组成的群组中选择的至少任一种，并且，所述液态金属可以包括镓或镓基合金，其中所述镓基合金包括镓和从由铟、锡及锌组成的群组中选择的至少任一种金属。

15、根据一实施例，用于所述喷涂的溶液包括从由二氯甲烷(dichloromethane)、丙酮(acetone)、甲醇(methyl alcohol)、乙醇(ethyl alcohol)、异丙醇(isopropyl alcohol)、四氢呋喃(tetrahydrofuran)、二甲基甲酰胺(dimethylformamide)、己烷(hexane)、环己酮(cyclohexanone)、甲苯(toluene)、氯仿(chloroform)、二氯苯(dichlorobenzene)、丙烯腈(acrylonitrile)及二甲基亚砜(dimethyl sulfoxide)组成的群组中选择至少任一种以上的溶剂，并且，所述金属纳米粒子在所述溶液中占0.1重量％至80重量％，并且，所述金属纳米粒子的尺寸为100nm至500μm，并且，所述喷涂距离可以为5cm至50cm，喷涂时间可以为1秒至20分钟，喷涂速度可以为1μl/s至10ml/s。

16、根据一实施例，所述金属纳米粒子涂覆基底形成具有纳米-微观结构的金属表面，并且，所述纳米-微观结构的尺寸为500nm至500μm，并且，在涂覆所述液态金属的步骤中，所述液态金属沿所述纳米-微观结构自发地、选择性地进行涂覆，并且，涂覆在所述金属纳米粒子涂覆基底上的液态金属的厚度可以为500nm至500μm。

17、发明的效果

18、本发明可以提供一种利用液态金属的浸渗现象在形成有微观结构的金属基底表面上制备液态金属薄膜的方法，以及一种利用液态金属的浸渗现象在具有采用喷涂的纳米-微观结构的金属纳米粒子涂覆基底表面上制备液态金属薄膜的方法。

19、具体地，根据本发明的液态金属薄膜的制备方法可以在微观结构表面上利用液态金属的浸渗现象为由于表面张力高而难以控制的液态金属提供自发的、均匀的涂覆技术。另外，所述方法不需要昂贵的设备即可实现快速涂覆，并且可以通过控制微观结构区域来实现液态金属的选择性和图案化。

20、具体地，根据本发明的采用喷涂的液态金属薄膜制备方法可以提供一种不需要额外工艺来形成纳米-微观结构的简单的制备方法。通过提出一种无需昂贵设备和复杂工艺的自发简便的液态金属薄膜的制造方法，有望简化制造过程并缩短工艺时间。

技术特征：

1.一种液态金属薄膜的制备方法，其特征在于，

2.根据权利要求1所述的液态金属薄膜的制备方法，其特征在于，

3.根据权利要求1所述的液态金属薄膜的制备方法，其特征在于，

4.根据权利要求1所述的液态金属薄膜的制备方法，其特征在于，

5.根据权利要求1所述的液态金属薄膜的制备方法，其特征在于，

6.一种液态金属薄膜的制备方法，其特征在于，

7.根据权利要求6所述的液态金属薄膜的制备方法，其特征在于，

8.根据权利要求7所述的液态金属薄膜的制备方法，其特征在于，

9.根据权利要求6所述的液态金属薄膜的制备方法，其特征在于，

10.根据权利要求6所述的液态金属薄膜的制备方法，其特征在于，

技术总结
本发明涉及一种利用浸渗(IMBIBITION)现象制备液态金属薄膜的方法，其中根据本发明的液态金属薄膜的制备方法包括以下步骤：在聚合物基底上形成微结构；通过在形成有所述微结构的聚合物基底上沉积金属来制造微结构金属基底；以及在所述微结构金属基底上涂覆液态金。

技术研发人员：具亨俊,金至慧
受保护的技术使用者：首尔科学技术大学校产学协力团
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23