一种液态金属在柔性衬底上图案化的方法与流程
本发明属于液态金属印刷领域，具体地涉及了一种液态金属在柔性衬底上图案化的方法。
背景技术：
：：1、液态金属不仅拥有良好的液体流动性，还同时具备金属优异的导电性和导热性，目前广泛应用于柔性电子产品、可穿戴设备生物医学治疗、和软体机器。然而，液态金属极高的表面张力导致难以润湿绝大多数材料，尤其是高分子柔性材料，因此一直以来难以在柔性衬底上进行液态金属图案化。为了克服这一缺点，研究人员试图将液态金属与粘性液体混合，以提高其与基材的结合力，从而实现稳定的连接。如wang等人发表在advancedmaterials technologies上发表的printable liquid-metal@pdms stretchable heaterwith high stretchability and dynamic stability for wearable thermotherapy报道了一种采用液态金属和pdms复合而成所制备的导电复合材料，提高了图案化能力，并使用这种材料成功制成了高性能电驱动加热器。此外，guo等人在advanced materialstechnologies上发表的one-step liquid metal transfer printing:towardfabrication of flexible electronics on wide range of substrates报道了通过将液态金属附着在pma胶上的转印方法，并使之成为将液态金属与各种基材结合的高效转移印刷图案化方法。封装也被证明是构造诸如电子皮肤的液态金属智能材料的有效方式。2、然而，这些方法依赖于除了液态金属和基底之外的其他材料的添加，这可能使制备过程复杂化并且导致电、热、或机械性能。因此，如何在高分子柔性衬底上直接进行液态金属图案化是目前本领域亟需解决的技术问题。技术实现思路1、本发明的目的在于提供一种在柔性衬底上图案化液态金属的方法，可以实现快速直接和简单高效在柔性衬底上图案化液态金属。2、本发明提供如下技术方案：3、一种在柔性衬底上图案化液态金属的方法，所述方法包括以下步骤：4、(1)以柔性薄膜衬底作为基底材料，并贴附电极图案掩模版；5、(2)将贴附电极图案掩模版的基底材料置于低温设备上，在基底材料上通过反复摩擦的方法将液态金属在柔性衬底上印刷成电极图案；6、其中，在反复摩擦过程中，低温设备的温度为：在低于液态金属熔点的温度下保持一定时间，再升温到高于液态金属熔点的温度。7、本发明的技术构思在于：在反复摩擦过程中，由于柔性衬底(如pdms)在低温设备(如冷台)上先保持了低温状态(低于液态金属熔点)，而在低温状态下液态金属会在接触衬底的部分凝固，部分凝固后的液态金属会牢固的留在pdms上，并且由于部分凝固后的液态金属相当于对pdms表面改性，又有利于后续摩擦的液态金属保留在pdms衬底表面；然后在后续的升温中(高于液态金属熔点)，这些液态金属都以固态的形式保留在了pdms衬底表面。本发明提供的方法廉价高效，实用性强，简单易操作，印刷效果好。8、进一步的，在步骤(1)中，所述基底材料为聚二甲基硅氧烷pdms。9、进一步优选的，通过四面涂膜器制膜制备出聚二甲基硅氧烷(pdms)柔性薄膜衬底。10、进一步的，在步骤(1)中，所述电极图案掩模版由透明胶带通过激光切割机制备。11、在步骤(2)中，所述液态金属为镓铟合金、镓铟锡合金、液态镓中的一种。12、进一步的，在步骤(2)中，在反复摩擦过程中，在低于液态金属熔点的温度下保持15-25min，再以3-7℃的升温速率升温到高于液态金属熔点的温度。13、进一步的，在步骤(2)中，在反复摩擦过程中，所述低于液态金属熔点的温度为低于熔点20-30℃，所述高于液态金属熔点的温度为高于熔点的3-5℃。14、进一步的，在步骤(2)中，通过摩擦介质将液态金属在柔性衬底上不断摩擦。15、进一步的，所述摩擦介质选自无尘纸。16、进一步优选的，所述基底材料为聚二甲基硅氧烷pdms，所述液态金属为镓铟合金egain，ga:in＝75:25；在反复摩擦过程中，低温设备的温度为：在-10复保持20min，再以每分钟5再的升温速率升温到20温。17、在本发明中，低温设备可以为冷台。18、与现有技术相比，本发明通过低温结合摩擦的方法来图案化金属，利用低温状态下液态金属会部分成凝固状态而有利于能够保留在衬底上，最终在柔性衬底上实现图案化；从而可以快速直接和简单高效的在柔性衬底上图案化液态金属的方法，解决液态金属因为表面张力大而难以涂覆到高分子柔性衬底上实现图案化的问题。且本发明中使用的图案化工艺简单直接，无需采用复杂的模板或者图案化工艺，在柔性衬底(如pdms)上所得到的液态金属图案展现出了高精度和高保留度。技术特征：1.一种在柔性衬底上图案化液态金属的方法，其特征在于，包括以下步骤：所述方法包括以下步骤：2.根据权利要求1所述的在柔性衬底上图案化液态金属的方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述基底材料为聚二甲基硅氧烷pdms。3.根据权利要求1所述的在柔性衬底上图案化液态金属的方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述电极图案掩模版由透明胶带通过激光切割机制备。4.根据权利要求1所述的在柔性衬底上图案化液态金属的方法，其特征在于，在步骤(2)中，所述液态金属为镓铟合金、镓铟锡合金、液态镓中的一种。5.根据权利要求1所述的在柔性衬底上图案化液态金属的方法，其特征在于，在步骤(2)中，在反复摩擦过程中，在低于液态金属熔点的温度下保持15-25min，再以3-7℃的升温速率升温到高于液态金属熔点的温度。6.根据权利要求1所述的在柔性衬底上图案化液态金属的方法，其特征在于，在步骤(2)中，在反复摩擦过程中，所述低于液态金属熔点的温度为低于熔点20-30℃，所述高于液态金属熔点的温度为高于熔点的3-5℃。7.根据权利要求1所述的在柔性衬底上图案化液态金属的方法，其特征在于，在步骤(2)中，通过摩擦介质将液态金属在柔性衬底上不断摩擦。8.根据权利要求1所述的在柔性衬底上图案化液态金属的方法，其特征在于，所述基底材料为聚二甲基硅氧烷pdms，所述液态金属为镓铟合金egain，ga:in＝75:25；在反复摩擦过程中，低温设备的温度为：在-10℃保持20min，再以每分钟5℃的升温速率升温到20℃。技术总结本发明公开了一种在柔性衬底上液态金属图案化的方法：(1)以柔性薄膜衬底作为基底材料，并贴附电极图案掩模版；(2)将贴附电极图案掩模版的基底材料置于低温设备上，在基底材料上通过反复摩擦的方法将液态金属在柔性衬底上印刷成电极图案；其中，在反复摩擦过程中，低温设备的温度为：在低于液态金属熔点的温度下保持一定时间，再升温到高于液态金属熔点的温度。本发明提供的方法可以实现快速直接和简单高效在柔性衬底上图案化液态金属。技术研发人员：陈宜望,黄玉辉,洪子健,吴勇军受保护的技术使用者：南湖脑机交叉研究院技术研发日：技术公布日：2024/9/23
背景技术：
：：1、液态金属不仅拥有良好的液体流动性，还同时具备金属优异的导电性和导热性，目前广泛应用于柔性电子产品、可穿戴设备生物医学治疗、和软体机器。然而，液态金属极高的表面张力导致难以润湿绝大多数材料，尤其是高分子柔性材料，因此一直以来难以在柔性衬底上进行液态金属图案化。为了克服这一缺点，研究人员试图将液态金属与粘性液体混合，以提高其与基材的结合力，从而实现稳定的连接。如wang等人发表在advancedmaterials technologies上发表的printable liquid-metal@pdms stretchable heaterwith high stretchability and dynamic stability for wearable thermotherapy报道了一种采用液态金属和pdms复合而成所制备的导电复合材料，提高了图案化能力，并使用这种材料成功制成了高性能电驱动加热器。此外，guo等人在advanced materialstechnologies上发表的one-step liquid metal transfer printing:towardfabrication of flexible electronics on wide range of substrates报道了通过将液态金属附着在pma胶上的转印方法，并使之成为将液态金属与各种基材结合的高效转移印刷图案化方法。封装也被证明是构造诸如电子皮肤的液态金属智能材料的有效方式。2、然而，这些方法依赖于除了液态金属和基底之外的其他材料的添加，这可能使制备过程复杂化并且导致电、热、或机械性能。因此，如何在高分子柔性衬底上直接进行液态金属图案化是目前本领域亟需解决的技术问题。技术实现思路1、本发明的目的在于提供一种在柔性衬底上图案化液态金属的方法，可以实现快速直接和简单高效在柔性衬底上图案化液态金属。2、本发明提供如下技术方案：3、一种在柔性衬底上图案化液态金属的方法，所述方法包括以下步骤：4、(1)以柔性薄膜衬底作为基底材料，并贴附电极图案掩模版；5、(2)将贴附电极图案掩模版的基底材料置于低温设备上，在基底材料上通过反复摩擦的方法将液态金属在柔性衬底上印刷成电极图案；6、其中，在反复摩擦过程中，低温设备的温度为：在低于液态金属熔点的温度下保持一定时间，再升温到高于液态金属熔点的温度。7、本发明的技术构思在于：在反复摩擦过程中，由于柔性衬底(如pdms)在低温设备(如冷台)上先保持了低温状态(低于液态金属熔点)，而在低温状态下液态金属会在接触衬底的部分凝固，部分凝固后的液态金属会牢固的留在pdms上，并且由于部分凝固后的液态金属相当于对pdms表面改性，又有利于后续摩擦的液态金属保留在pdms衬底表面；然后在后续的升温中(高于液态金属熔点)，这些液态金属都以固态的形式保留在了pdms衬底表面。本发明提供的方法廉价高效，实用性强，简单易操作，印刷效果好。8、进一步的，在步骤(1)中，所述基底材料为聚二甲基硅氧烷pdms。9、进一步优选的，通过四面涂膜器制膜制备出聚二甲基硅氧烷(pdms)柔性薄膜衬底。10、进一步的，在步骤(1)中，所述电极图案掩模版由透明胶带通过激光切割机制备。11、在步骤(2)中，所述液态金属为镓铟合金、镓铟锡合金、液态镓中的一种。12、进一步的，在步骤(2)中，在反复摩擦过程中，在低于液态金属熔点的温度下保持15-25min，再以3-7℃的升温速率升温到高于液态金属熔点的温度。13、进一步的，在步骤(2)中，在反复摩擦过程中，所述低于液态金属熔点的温度为低于熔点20-30℃，所述高于液态金属熔点的温度为高于熔点的3-5℃。14、进一步的，在步骤(2)中，通过摩擦介质将液态金属在柔性衬底上不断摩擦。15、进一步的，所述摩擦介质选自无尘纸。16、进一步优选的，所述基底材料为聚二甲基硅氧烷pdms，所述液态金属为镓铟合金egain，ga:in＝75:25；在反复摩擦过程中，低温设备的温度为：在-10复保持20min，再以每分钟5再的升温速率升温到20温。17、在本发明中，低温设备可以为冷台。18、与现有技术相比，本发明通过低温结合摩擦的方法来图案化金属，利用低温状态下液态金属会部分成凝固状态而有利于能够保留在衬底上，最终在柔性衬底上实现图案化；从而可以快速直接和简单高效的在柔性衬底上图案化液态金属的方法，解决液态金属因为表面张力大而难以涂覆到高分子柔性衬底上实现图案化的问题。且本发明中使用的图案化工艺简单直接，无需采用复杂的模板或者图案化工艺，在柔性衬底(如pdms)上所得到的液态金属图案展现出了高精度和高保留度。技术特征：1.一种在柔性衬底上图案化液态金属的方法，其特征在于，包括以下步骤：所述方法包括以下步骤：2.根据权利要求1所述的在柔性衬底上图案化液态金属的方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述基底材料为聚二甲基硅氧烷pdms。3.根据权利要求1所述的在柔性衬底上图案化液态金属的方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述电极图案掩模版由透明胶带通过激光切割机制备。4.根据权利要求1所述的在柔性衬底上图案化液态金属的方法，其特征在于，在步骤(2)中，所述液态金属为镓铟合金、镓铟锡合金、液态镓中的一种。5.根据权利要求1所述的在柔性衬底上图案化液态金属的方法，其特征在于，在步骤(2)中，在反复摩擦过程中，在低于液态金属熔点的温度下保持15-25min，再以3-7℃的升温速率升温到高于液态金属熔点的温度。6.根据权利要求1所述的在柔性衬底上图案化液态金属的方法，其特征在于，在步骤(2)中，在反复摩擦过程中，所述低于液态金属熔点的温度为低于熔点20-30℃，所述高于液态金属熔点的温度为高于熔点的3-5℃。7.根据权利要求1所述的在柔性衬底上图案化液态金属的方法，其特征在于，在步骤(2)中，通过摩擦介质将液态金属在柔性衬底上不断摩擦。8.根据权利要求1所述的在柔性衬底上图案化液态金属的方法，其特征在于，所述基底材料为聚二甲基硅氧烷pdms，所述液态金属为镓铟合金egain，ga:in＝75:25；在反复摩擦过程中，低温设备的温度为：在-10℃保持20min，再以每分钟5℃的升温速率升温到20℃。技术总结本发明公开了一种在柔性衬底上液态金属图案化的方法：(1)以柔性薄膜衬底作为基底材料，并贴附电极图案掩模版；(2)将贴附电极图案掩模版的基底材料置于低温设备上，在基底材料上通过反复摩擦的方法将液态金属在柔性衬底上印刷成电极图案；其中，在反复摩擦过程中，低温设备的温度为：在低于液态金属熔点的温度下保持一定时间，再升温到高于液态金属熔点的温度。本发明提供的方法可以实现快速直接和简单高效在柔性衬底上图案化液态金属。技术研发人员：陈宜望,黄玉辉,洪子健,吴勇军受保护的技术使用者：南湖脑机交叉研究院技术研发日：技术公布日：2024/9/23
最新回复(0)