一种液态金属倾斜开关及其制备方法技术

本公开涉及倾斜开关领域，具体涉及一种液态金属倾斜开关及其制备方法，所述倾斜开关包括：壳体，所述壳体形成腔体；液态金属，位于所述腔体内，所述液态金属采用石墨烯原位复合包覆液态金属复合材料，所述复合材料通过向镓基液态金属合金中通入CO2气体反应制得；灭弧结构，包括引导线和灭弧栅，所述引导线设置在所述腔体内，用于将电弧引导至设置在灭弧室的灭弧栅进行灭弧，所述灭弧室位于所述腔体外，并通过引导线与所述腔体连通。本公开能够能够将倾斜开关在工作时容易因液态金属通断电引起的电弧给引入灭弧结构以避免电弧对液态金属的氧化进而使得的液态金属形成的液滴的表面张力能够更持久的保持。张力能够更持久的保持。张力能够更持久的保持。

【技术实现步骤摘要】
一种液态金属倾斜开关及其制备方法


[0001]本公开涉及倾斜开关领域，具体涉及一种液态金属倾斜开关及其制备方法。

技术介绍

[0002]水银开关又称倾斜开关，是常见电路开关的一种，主要由玻璃壳体、铜导线及导电液滴汞三部分组成。其中汞又称水银，熔点为
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39℃，剧毒且易挥发，对人体和环境会带来严重的危害。因此，一些基于水银特性的产品逐渐被市场所淘汰。近年来，人们开始尝试利用镓及镓基液铟锡合金态金属代替汞，镓基液态金属是一种理想的工作液体，但是由于其在空气中迅速氧化后表面生成的氧化膜会粘附基底并影响自身表面张力，从而在倾斜开关的微通道内移动困难且变形后无法恢复，严重影响其作为移动电极的工作性能。
[0003]针对这一问题，目前研究学者已经提出了多种方法来解决这一难题。Kim等人的研究发现，氧化镓为两性金属氧化物，利用酸性或碱性溶液可以直接消除表面氧化膜，使液滴恢复原有的表面张力。Khan等人报导了在不同电压下，通过电化学沉积或去除氧化膜的方法，在研究中还发现将其浸入水、无水乙醇或聚四氟乙烯等液体中，可以使液滴不被氧化，实现了其在微流道中良好的流动性。
[0004]另外，有学者在经过镓铟锡合金液滴表面包裹上聚四氟乙烯粉末和石墨烯粉末并制备了两种镓铟锡合金弹珠。性能测试结果表明两种镓铟锡合金弹珠均具有较高的表面张力并且能够在基底上自由运动。但是该种方法在石墨烯与液态金属合金包裹过程中也会出现一些问题，例如，石墨烯纳米微片可以通过嵌入氧化膜的方式结合在镓液滴的表面，但是氧化膜的存在会导致制得的弹珠表面张力下降严重并且变形后不能恢复；再者，这两种物质是通过物料间物理混合的方式进行复合，会导致材料包裹不均匀，包裹层厚度难以控制，从而影响材料的均一性。另外，倾斜开关在中高压的应用场景中，在开关闭合或者断开时，致使受电弧作用的部分由于局部变热、化学分解或腐蚀而变成导电通路，会使得倾斜开关故障。

技术实现思路

[0005]本公开提供一种液态金属倾斜开关及其制备方法，能够解决氧化膜的存在会导致制得的弹珠表面张力下降严重并且变形后不能恢复，材料包裹不均匀，包裹层厚度难以控制，从而影响材料的均一性、在中高压场景中容易产生故障等问题。本公开提供以下技术方案来解决上述技术问题：
[0006]作为本公开实施例的一个方面，提供一种液态金属倾斜开关，包括：
[0007]壳体，所述壳体形成腔体；
[0008]液态金属，位于所述腔体内，所述液态金属采用石墨烯原位复合包覆液态金属复合材料，所述复合材料通过向镓基液态金属合金中通入CO2气体反应制得；
[0009]灭弧结构，包括引导线和灭弧栅，所述引导线设置在所述腔体内，用于将电弧引导至设置在灭弧室的灭弧栅进行灭弧，所述灭弧室位于所述腔体外，并通过引导线与所述腔
体连通；
[0010]第一单向阀，通过腔体上开设的第一开口与所述腔体连通，用于向所述腔体充入保护气体；
[0011]第二单向阀，通过腔体上开设的第二开口与所述腔体连通，用于排出腔体内的气体。
[0012]可选地，所述腔体内还包括有容纳所述液态金属在其内滚动的碗状体。
[0013]可选地，所述灭弧室通过第三开口与所述腔体连通，所述引导线穿过所述第三开口，所述引导线的一端与所述碗状体的边缘电连接，所述引导线的另一端连接灭弧栅，所述碗状体的边缘为导电材质，所述碗状体的除边缘以外的其他部分为绝缘材质。
[0014]可选地，所述碗状体中心附近设置有能够与所述液态金属接触的至少两个电极，所述至少两个电极不会与所述液态金属接触的另一端穿出壳体。
[0015]可选地，所述镓基液态金属合金包括镓铟锡合金、镓铟合金、镓锡合金中的一种或多种。
[0016]可选地，所述镓基液态金属合金中包括镓铟锡合金、镓铟合金和镓锡合金，其中镓铟锡重量比例为：(50
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95):(0
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50):(0
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30)。
[0017]作为本公开实施例的一个方面，提供一种液态金属倾斜开关制备方法，包括如下步骤：
[0018]配制镓基液态金属合金，其中包括镓铟锡合金、镓铟合金、镓锡合金；镓铟锡重量比例为：(50
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95):(0
‑
50):(0
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30)，熔炼得到镓基液态金属合金；
[0019]将所述镓基液态金属合金转移至反应器皿中，通入CO2气体加热后制备得到石墨烯原位复合包覆液态金属复合材料；
[0020]将制备好的壳体内置入灭弧结构，并将制备好的石墨烯原位复合包覆液态金属复合材料滴入腔体内的碗状体内；
[0021]加热所述壳体，并将至少两个电极插入壳体并穿出所述碗状体的中心附近。
[0022]可选地，在将至少两个电极插入壳体并穿出所述碗状体的中心附近之后还包括如下步骤：
[0023]在所述腔体上开设的第一开口安装用于向所述腔体充入保护气体的第一单向阀，
[0024]在所述腔体上开设的第二开口安装用于排出腔体内的气体第二单向阀。
[0025]可选地，制备所述壳体的步骤为：
[0026]将具有所述权利要求3所述的液态金属倾斜开关中的壳体、灭弧室、碗状体以及第一开口、第二开口和第三开口的作为一体成型的形状一分为二；将所述一分为二的形状利用两个模具分别制作出来。
[0027]可选地，所述壳体的材料为玻璃；
[0028]所述壳体内壁和电极的中间部分均具有镀膜步骤，所述壳体内壁的镀膜材料为碳膜、钨膜、铊膜、聚四氟乙烯膜、聚乙烯膜、聚丙烯膜、硅橡胶膜、聚醚醚酮膜、尼龙膜或聚对苯二甲酸乙二酯膜中的一种；所述电极的中间部分的镀膜材料为碳膜、钨膜、铊膜中的一种。
[0029]本公开的有益效果为：
[0030]1)在倾斜开关腔体内引入灭弧结构，能够将倾斜开关在工作时容易因液态金属通
断电引起的电弧给引入灭弧结构以避免电弧对液态金属的氧化进而使得的液态金属形成的液滴的表面张力能够更持久的保持；
[0031]2)在倾斜开关壳体上开设两个单向阀，便于通入惰性气体以使得倾斜开关在使用前液态金属是处于惰性环境中，即使在使用时也不容易因长久电离而使得液态金属氧化，另外，在倾斜开关频繁通断的应用场景中，能够通过持续通入惰性气体的方式来保证倾斜开关工作的稳定性，而且由于碗状体的存在，能够使得液态金属被限定在碗状体内运动，也能使得在通入惰性气体时能够阻挡惰性气体形成的气流对其的冲击；
[0032]3)采用通过向镓基液态金属合金中通入CO2气体反应制得的液态金属本身形成的液滴的表面张力较强，在变形后其恢复稳定性较强，能够使得倾斜开关寿命得到提高。
附图说明
[0033]图1为本公开实施例1中的液态金属倾斜开关示意图；
[0034]图2为本公开实施例1中的液态金属倾斜开关剖面图。
具体实施方式
[0035]下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开实施例中的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种液态金属倾斜开关，其特征在于，包括：壳体，所述壳体形成腔体；液态金属，位于所述腔体内，所述液态金属采用石墨烯原位复合包覆液态金属复合材料，所述复合材料通过向镓基液态金属合金中通入CO2气体反应制得；灭弧结构，包括引导线和灭弧栅，所述引导线设置在所述腔体内，用于将电弧引导至设置在灭弧室的灭弧栅进行灭弧，所述灭弧室位于所述腔体外，并通过引导线与所述腔体连通；第一单向阀，通过腔体上开设的第一开口与所述腔体连通，用于向所述腔体充入保护气体；第二单向阀，通过腔体上开设的第二开口与所述腔体连通，用于排出腔体内的气体。2.如权利要求1所述的液态金属倾斜开关，其特征在于，所述腔体内还包括有容纳所述液态金属在其内滚动的碗状体。3.如权利要求2所述的液态金属倾斜开关，其特征在于，所述灭弧室通过第三开口与所述腔体连通，所述引导线穿过所述第三开口，所述引导线的一端与所述碗状体的边缘电连接，所述引导线的另一端连接灭弧栅，所述碗状体的边缘为导电材质，所述碗状体的除边缘以外的其他部分为绝缘材质。4.如权利要求2或3所述的液态金属倾斜开关，其特征在于，所述碗状体中心附近设置有能够与所述液态金属接触的至少两个电极，所述至少两个电极不会与所述液态金属接触的另一端穿出壳体。5.如权利要求1
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3任一项所述的液态金属倾斜开关，其特征在于，所述镓基液态金属合金包括镓铟锡合金、镓铟合金、镓锡合金中的一种或多种。6.如权利要求5所述的液态金属倾斜开关，其特征在于，所述镓基液态金属合金中包括镓铟锡合金、镓铟合金和镓锡合金，其中镓铟锡重量比例为：(50
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95):(0
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【专利技术属性】
技术研发人员：周自娜，胡晓诚，王立，宋涛，
申请(专利权)人：江阴镓力材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：