一种弹性导线制造技术

本实用新型专利技术提供了一种弹性导线，采用液态金属与弹性体，将弹性体设计为中空管体结构，液态金属填充其中空部，管体两端设置导电密封件作为导线的两电极端。该弹性导线兼具高电导率与高拉伸性能，并且制备简单，性能稳定，能够应用于各类电子产品，实现电子产品的小型化以及提高携带与使用的方便性。

【技术实现步骤摘要】
一种弹性导线
本技术涉及导线
，特别涉及一种弹性导线，可应用于可拉伸耳机线、可拉伸充电线、可拉伸导电线路等。
技术介绍
随着物联网与可穿戴技术的发展，柔性、可伸缩器件是未来电子器件发展的主流趋势。其中，弹性导线是柔性器件发展的关键材料，近年来受到人们的广泛关注。现有报道的弹性导线，主要由弹性体和导电体组成。导电体主要由金属薄膜，以Ag纳米线为代表的纳米线、纳米管、纳米颗粒等纳米材料，离子导体及其它材料等。弹性导线的复合结构主要有褶皱结构、螺旋结构、网状结构和直线结构等。其中，褶皱结构是把弹性体预拉伸后生长金属薄膜为导电体，释放后形成褶皱的导线；螺旋结构即类似于电话线结构；网状结构是采用金属纳米网为导电体的弹性导线。这三种弹性导线都是通过结构上的设计实现可拉伸的目的，但是存在导电性差、拉伸性能相对较差、以及体积较大等问题。直线结构采用弹性性能好的弹性体，如热塑性弹性体、热固性弹性体等，通过与离子导体等复合的方式实现大的拉伸性能，但是离子导体的导电性能比较差。
技术实现思路
针对现有弹性导线的不足，本技术提供一种新型的弹性导线，该弹性导线兼具高电导电性与高弹性。为了实现上述技术目的，本技术采用的技术方案为：一种弹性导线，采用液态金属与弹性体，弹性体为两端开口的中空管体结构，称为弹性管，液态金属填充在管体的中空部，管体两端设置密封件，所述密封件为导电材料，并且所述密封件与液态金属形成电接触。所述的弹性体在外力作用下可拉伸，可以是热塑性弹性体，也可以是热固性弹性体，包括但不限于热塑性弹性体(TPE)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、脂肪族芳香族无规共聚酯(Ecoflex)、硅胶、橡胶、水凝胶、聚氨酯、聚乙烯辛烯共弹性体(POE)等中的一种或者几种。所述的液态金属材料是在室温下为液态的金属导电材料，包括但不限于汞、镓铟合金、镓铟锡合金，以及过渡族金属、固态非金属元素的一种或几种掺杂的镓铟合金、镓铟锡合金等。所述的密封件材料不限，包括铜、银、铟等。作为一种实现方式，所述的密封件由与所述管体内壁结构相匹配的密封头，以及设置在该密封头周边的凸起组成。作为优选，所述的弹性导线的横截面直径为0.5mm-10mm。作为优选，所述的液态金属粘附在管体内壁，此时液态金属的体积优选占管体中空部体积的5％-10％。作为优选，所述管体内壁面进行粗化处理，使其内壁面不平整，呈粗化结构，这样的处理有利于提高液态金属与管体内壁的粘附性，使大部分或者全部液态金属粘附在管体内壁，一方面能够减少液态金属的使用量，降低成本，另一方面避免导线一旦剪裁或者破裂，液态金属将溢出而导致的安全性问题。作为一种实现方式，管体内壁面包含若干凸起，所述凸起的结构不限，其横截面可以呈长方形、圆形、三角形，或者其他多边形等。本技术还提供了以下三种制备上述弹性导线的方法：(1)气压法：采用气压法，在气压作用下将液态金属注射进弹性管中，然后用密封件密封管体两端。在这种方法中，作为优选，所述的弹性管内壁面经过粗化处理。作为另一种进一步优选方式，所述的弹性管的内壁面设置若干凸起。作为进一步优选，待液态金属填充弹性管后静置一段时间，使液态金属粘附在弹性管内壁，然后控制气压使部分液态金属，即游离的液态金属移出弹性管。(2)熔融挤出法：弹性体采用热塑性材料，加热熔融该弹性体，使弹性体和液态金属同步挤出，并且弹性体位于液态金属的外壁，待弹性体固化后用密封件密封管体两端。在这种方法中，优选采用挤出模具，所述的挤出模具是同轴套接在一起的两个中空管体，外部管体用于弹性体挤出，内部管体用于液态金属挤出。作为一种进一步优选方式，所述的外部管体内壁面经过粗化处理。作为另一种进一步优选方式，所述的外部管体的端面内壁设置若干凸起。在此基础上，作为更加优选，挤出完毕后静置一段时间，使液态金属粘附在弹性管内壁，然后沿轴向抽出或者吸出位于管体中部的部分液态金属，即游离的液态金属。(3)电场法：采用导电溶液，电极阳极与阴极置于该导电溶液中，通电状态下形成导电回路；将液态金属置于该导电溶液中靠近阴极一侧，将弹性管置于该导电溶液中，通电状态下，在电场作用下液态金属往阳极方向移动，从而使液态金属进入弹性管中，然后用密封件密封管体两端。在这种方法中，作为一种优选，所述的弹性管内壁面经过粗化处理。作为另一种优选，所述的弹性管的内壁面设置若干凸起。作为进一步优选，待液态金属填充弹性管后断电静置一段时间，使液态金属粘附在弹性管内壁，然后通电使部分液态金属，即游离的液态金属移出弹性管。本技术结合液态金属与弹性体构成弹性导线，将弹性体设计为中空管体结构，液态金属填充其中空部，管体两端设置导电密封件作为导线的两电极端，具有如下优点：(1)液态金属具有优异的导电性，其电导率达到2×106S/m；同时，液态金属具有优异的“柔性”，作为导电体不会限制弹性体的拉伸性能，因此本技术的弹性导线兼具高电导率与高拉伸性能，其电导率可达到3.4×106S/m，拉伸倍率可高达3200％；(2)本技术采用结构优化，能够降低导线中液态金属的含量，不仅降低了成本，而且提高了安全性，有利于实用化。(3)本技术的弹性导线制备简单，性能稳定，能够应用于各类电子产品，例如将其以用于耳机线、电源线、电路线等，能够实现这些电子产品的小型化以及提高携带与使用的方便性。附图说明图1是本技术实施例1弹性导线中的弹性体与液态金属的结构示意图；图2是本技术实施例1弹性导线中的密封件与管体的封装结构示意图；图3是图2的右侧横截面结构图；图4是本技术实施例1弹性导线的拉伸应变和电阻值关系；图5是本技术实施例1弹性导线的伸长倍率与拉伸应力的关系图；图6是本技术实施例2弹性导线中的弹性体与液态金属的结构示意图；图7是利用电场法制备本技术实施例2弹性导线的结构图；图8是本技术实施例3弹性导线中的弹性体与液态金属的结构示意图；图9是利用同步挤出法制备本技术实施例3弹性导线的挤出模具结构示意图；图10是图9的右侧横截面结构放大图；图11是本技术实施例4弹性导线中的弹性体与液态金属的结构示意图；图12是本技术实施例5中制得的耳机线未拉伸、拉伸一倍和拉伸两倍时耳机的频谱响应范围。其中，附图标记为：1弹性体、2液态金属、3管体中部、4凸起、5密封头、6弹性管孔、7密封头凸起、8玻璃器皿、9氢氧化钠溶液、10阳极、11阴极、12挤出模具的头部、13外部管体、14内部管体、15模具凸起。具体实施方式下面结合附图与实施例对本技术作进一步详细描述，需要指出的是，以下所述实施例旨在便于对本技术的理解，而对其不起任何限定作用。实施例1：本实施例中，弹性导线采用液态金属与弹性体，弹性体为热塑性弹性体TPE，液态金属为GaInSn合金。如图1所示，弹性体1为两端开口的中空管体结构，液态金属2填充在管体的中空部。如图2与3所示(为了清楚起见，图2与图3较图1的尺寸比例进行稍许放大)，管体两端设置密封件，本实施例中密封件由与管体内壁结构相匹配的金属密封头5，以及设置在该密封头周边的凸起7组成，密封头5与液态金属2形成电接触，凸起7经弹性管两端的弹性管孔6伸出。本实施例中，制备上述弹性导线的具体步骤为：(1)用熔融挤出本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种弹性导线，采用液态金属与弹性体，其特征是：弹性体为两端开口的中空管体结构，液态金属填充在管体的中空部，管体两端设置由导体材料构成的密封件，并且所述密封件与液态金属形成电接触。

【技术特征摘要】
1.一种弹性导线，采用液态金属与弹性体，其特征是：弹性体为两端开口的中空管体结构，液态金属填充在管体的中空部，管体两端设置由导体材料构成的密封件，并且所述密封件与液态金属形成电接触。2.如权利要求1所述的弹性导线，其特征是：所述的密封件由与所述管体内壁结构相匹配的密封头，以及设置在该密封头周边的凸起...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙丹丹，刘宜伟，胡超，秦琴，尚杰，李润伟，
申请(专利权)人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所，
类型：新型
国别省市：浙江,33