一种彩色液态金属及其制作方法技术

本发明专利技术提供一种彩色液态金属及其制作方法，该彩色液态金属原料包括液态金属、颜料和/或纳米导电颗粒，在实现导电的同时还可呈现各种特定色彩。本发明专利技术首次提供了同时兼具液态金属良好导电性和颜料的丰富色彩，可开启彩色印刷电子途径，可显著提升印刷电子的美观性和体验感；同时，也改善了传统液态金属的抗氧化性和防锈特性。

【技术实现步骤摘要】
一种彩色液态金属及其制作方法
本专利技术属于液态金属材料领域,具体涉及一种彩色液态金属及其制作方法。
技术介绍
液态金属通常是指一种在室温附近为液态的金属，如熔点在30℃以下的镓或其合金，也或是在稍高一些温度范围如40℃-200℃期间能呈现液态的低熔点金属合金如铋铟锡锌等材料。以往，由于液态金属的诸多属性和用途长期鲜为人知，这一大类功能材料较少受到全球范围内的学术界和产业界重视。近年来，随着一系列重大进展的取得，液态金属的重要应用价值逐步引起重视。在各种用途中，液态金属材料由于可以液体物态工作，流动性很好，而其本身又具有天然的导电性，因而近年来被引入到新兴的印刷电子、功能器件3D打印领域，成为独特重要的可印刷式电子材料。然而，已有的液态金属由于其自身物性或合金组成所限，所形成的液态金属自身光泽大多呈银白色，色彩十分单一，这对于工业上不少对色彩和美观程度要求较高的印刷或涂料应用场合，所形成电路与人们的审美观相距较远。事实上，随着社会发展和物质文化生活水平的提高，对于许多新兴电子和消费电子产品，用户不再仅仅只满足于获得其基本的电学功能，对于产品所体现的色彩和体验也提出大量需求。在很大程度上，色彩的确决定了许多产品的功效。自然界颜色的千变万化和色相，构成了万紫千红、五彩缤纷的世界。从心理学角度而言，不同颜色会对人体造成不同的感视，比如：柔和、鲜艳色彩，会带给人以喜悦、快乐、心旷神怡等美的享受；反之，色彩失调甚至极端体现则会让人感到沉闷、灰心，甚而影响到身心健康。遗憾的是，迄今为止，近年来所发展出的液态金属印刷电子墨水本身尚无法呈现色彩功能，更难达到色彩的千变万化。显然，若能对具有可打印性的液态金属原理赋予其彩色功能，将大大提升其独特性能，由此实现色彩丰富的印刷电子或3D金属制作，继而显著增强产品的体验感和艺术价值。为此，本专利技术首次提出了彩色液态金属的技术概念，其目的正在于提供具有各种色彩的液态金属及其制作方法，以期改观现有液态金属和颜料的既有技术范畴。我们知道，颜料指的是能使物体染上颜色的物质，人类很早就知道使用颜料，如利用有色土和矿石，在岩壁上作画和涂抹身体。同样，为使液态金属在保持导电性和流动性的同时还能呈现出斑斓色彩，本专利技术提供了颜料加载措施，通过特定颜料与液态金属的配制，可获得各式各样色彩的液态金属。有鉴于此，特提出本专利技术。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题为克服现有材料技术的缺点和改变传统液态金属色彩单一以及传统颜料并不具备导电性的现状，本专利技术提供一种彩色液态金属材料，通过在液态金属中加载本身带有色彩的颜料来获得预期色彩的金属材料，可用于制作色彩绚丽的电子电路或3D金属打印或更多用途，本专利技术还提供了该彩色液态金属的制作方法。(二)技术方案为实现上述目的，本专利技术提供一种彩色液态金属，所述彩色液态金属的原料包括液态金属和颜料。所述液态金属包括低熔点合金。本专利技术所述低熔点合金，是指熔点低于232℃的易熔合金；通常由Ga、In、Sn、Bi、Pb、Zn等低熔点金属元素组成。所述低熔点合金包括镓、铟、锡、铋、锌、铅基合金中的一种或几种；进一步地，所述低熔点合金包括二元合金镓铟、镓锡、铋锡、铟铋、铟锡中的一种或几种；或者所述低熔点合金包括三元合金镓铟锡、铋铟锡、铋铟锌、铟锡锌、铋锡铜、铋铟镉中的一种或几种；或者所述低熔点合金包括四元合金镓铟锡锌、铟锡锌铋、铋铟锡银、锌铋银铜中的一种或几种。其中，所述镓基合金中镓含量为10wt％-100wt％；铋基合金中铋含量为10wt％-95wt％；铟基合金中铟含量为10wt％-95wt％。优选地，所述镓基合金中镓含量为50wt％-90wt％；铋基合金中铋含量为50wt％-90wt％，铟基合金中铟含量为50wt％-90wt％。所述颜料包括天然颜料、人工合成颜料中的一种或几种。进一步地，所述天然颜料包括天然矿物颜料，如朱砂、红土、雄黄、孔雀绿、重质碳酸钙、硅灰石、重晶石粉、滑石粉、云母粉、高岭土等中的一种或几种；或动物来源颜料，胭脂虫红、天然鱼鳞粉等中的一种或几种；或植物来源颜料，如：藤黄、茜素红、靛青等中的一种或几种。所述人工合成颜料，包括钛白、锌钡白、铅铬黄、铁蓝等无机颜料中的一种或几种；或大红粉、偶淡黄、酞菁蓝、喹吖啶酮等有机颜料中的一种或几种。进一步地，所述液态金属与所述颜料的质量比为10-100∶1-10。为进一步降低颜料对液态金属的不利影响，本专利技术意外地发现，当颜料颗粒直径为1nm-900nm时对液态金属导电性能影响最小；且还可以提升液态金属本身的防锈特性和抗氧化性能。更进一步优选地，所述颜料颗粒直径为10nm-500nm。所述颜料可以直接添加到所述液态金属中；也可以将所述颜料预先添加到一些溶剂中制成液态颜料后再与液态金属混合；这里所述的溶剂可为透明的硅橡胶、环氧树脂、PDMS(聚二甲基硅氧烷)等材料，甚至可以是通过彩色油漆和涂料调色而成的溶剂；优选地，所述颜料与所述溶剂的质量比为5wt％-90wt％；由此可以根据具体配比获得不同色度的液态金属材料。为进一步提升彩色液态金属的导电性能，优选地，所述彩色液态金属的原料还包括纳米导电颗粒。优选地，所述纳米导电颗粒包括纳米级的金、银、铜、铁、氧化铁、镍、钴、钆以及碳纳米管、石墨烯等中的一种或几种。优选地，所述纳米导电颗粒直径为1nm-900nm；优选为10nm-500nm。进一步优选地，所述液态金属与所述纳米导电颗粒的质量比为10-100∶1-10。其中，所述纳米导电颗粒如纳米级的铁、氧化铁、镍、钴、钆等还可以改变彩色液态金属的磁学特性；所述纳米导电颗粒如铜、金以及碳纳米管、石墨烯等还具有调节液态金属色彩的功效。另一方面，本专利技术还提供上述彩色液态金属的制作方法，包括以下步骤，S1：按需要选取所需原料，即液态金属、颜料，和/或纳米导电颗粒；S2：将所述液态金属处理为液态状态；S3：将所述颜料加入到所述液态状态的液体金属中，搅拌均匀；和/或再加入所述纳米导电颗粒，搅拌均匀。上述制作方法步骤S1中：根据所需彩色液态金属的颜色，确定所述液态金属和颜料的用量比例。上述制作方法步骤S2中：所述将所述液态金属处理为液态状态的方法包括将所述液态金属置于空气中或真空中恒温处理。所述恒温处理时间以所述液态金属转变为液态状态为宜；优选地，所述恒温处理时间为1-4h。所述恒温处理温度以所述液态金属转变为液态状态为宜；优选地，所述恒温处理温度高于或等于所述液态金属的熔点；进一步优选地，所述恒温处理温度高于所述液态金属的熔点30-600℃。优选地，将所述转变为液态状态的液态金属搅拌后再进行步骤S3；进一步优选地，用磁力搅拌器搅拌0.5-5h。上述制作方法步骤S3中：所述搅拌时间优选为0.5-5h。所述搅拌方法可用机械搅拌、电磁搅拌、超声搅拌、震动搅拌等；优选为电磁搅拌。根据需要，可以将按上述方法制得的两种或多种彩色金属进行再度混合，制成特定色彩的彩色液态金属。优选地，所述彩色液态金属可在各种颜色范围中调制。所述液态金属调色可通过人工配色或电脑配色实现，配色原则可遵循减色法原理，比如基于三原色如黄、青、紫及其对应的互补色如蓝、红、绿，可通过补色即两种色光按一定比例混合得到白色色光，按照经典的配色原理以此类推获得所需颜色液态金属，如红色的补色是青本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种彩色液态金属，其特征在于，其原料包括液态金属和颜料。

【技术特征摘要】
1.一种彩色液态金属，其特征在于，其原料包括液态金属和颜料；所述液态金属为低熔点合金；所述低熔点合金为镓、铟、锡、铋、锌、铅基合金中的一种或几种；所述镓基合金中镓含量为10wt％-100wt％；铋基合金中铋含量为10wt％-95wt％；铟基合金中铟含量为10wt％-95wt％；所述低熔点合金与所述颜料的质量比为10-100∶1-10；所述颜料颗粒直径为1nm-900nm。2.根据权利要求1所述的彩色液态金属，其特征在于，所述低熔点合金包括二元合金镓铟、镓锡、铋锡、铟铋、铟锡中的一种或几种；或者所述低熔点合金包括三元合金镓铟锡、铋铟锡、铋铟锌、铟锡锌、铋锡铜、铋铟镉中的一种或几种；或者所述低熔点合金包括四元合金镓铟锡锌、铟锡锌铋、铋铟锡银、锌铋银铜中的一种或几种。3.根据权利要求1所述的彩色液态金属，其特征在于，所述镓基合金中镓含量为50wt％-90wt％；铋基合金中铋含量为50wt％-90wt％，铟基合金中铟含量为50wt％-90wt％。4.根据权利要求1-3任一项所述的彩色液态金属，其特征在于，所述颜料包括天然颜料、人工合成颜料中的一种或几种。5.根据权利要求4所述的彩色液态金属，其特征在于，所述天然颜料包括天然矿物颜料朱砂、红土、雄黄、孔雀绿、重质碳酸钙、硅灰石、重晶石粉、滑石粉、云母粉、高岭土中的一种或几种；或动物来源颜料胭脂虫红、天然鱼鳞粉中的一种或几种；或植物来源颜料藤黄、茜素红、靛青中的一种或几种；所述人工合成颜料包括钛白、锌钡白、铅铬黄、铁蓝中的一种或几种；或大红粉、偶淡黄、酞菁蓝、喹吖啶酮中的一种或几种。6.根据权利要求1-3任一项所述的彩色液态金属，其特征在于，所述颜料颗粒直径为10nm-500nm。7.根据权利要求1-3任一项所述的彩色液态金属，...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘静，
申请(专利权)人：中国科学院理化技术研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11