本发明专利技术公开了一种液态金属纳米颗粒和碳纳米管复合墨水及其制备方法与应用，所述的液态金属和碳纳米管复合墨水包括液态金属纳米颗粒、碳纳米管、分散剂和有机溶剂，上述复合墨水的制备方法，包括以下步骤：对液态金属加入到乙醇中，并超声破碎至纳米颗粒，再离心分离出液态金属纳米颗粒；将分散剂分散到有机溶剂中，制得墨水分散液；将液态金属纳米颗粒与碳纳米管混合，加入到上述分散液中，再通过超声得到液态金属纳米颗粒和碳纳米管复合墨水。本发明专利技术方法液态金属纳米颗粒与碳纳米管分散均匀,不需要额外的烧结操作，就可形成导电通路，整个制备过程简单、快速、低成本，可用作导电墨水并用于印刷电子技术，可穿戴传感器等领域。可穿戴传感器等领域。可穿戴传感器等领域。
【技术实现步骤摘要】
一种液态金属纳米颗粒与碳纳米管复合墨水及其制备方法与应用
[0001]本专利技术属于电子材料领域，具体涉及一种液态金属纳米颗粒与碳纳米管复合墨水及其制备方法与应用。
技术介绍
[0002]镓铟合金这种液态金属具有熔点低、室温流动性、金属导电性和生物相容性的优点，在柔性电子器件、微流控系统、印刷电子器件等领域具有独特的优势。此外，液态金属还可以与其他材料进行复合化，从而扩大其在柔性电子领域的应用范围。
[0003]由于液态金属较高的表面张力，在空气中表面易氧化，在各种基底上的润湿性较低，导致液态金属的图案化比较困难。因此，通过制备液态金属微纳米化的方法，制备打印墨水是发展印刷电子的一种方法。例如文献(Advanced Materials,2015,27(14):2355.)将液态金属加入到含有3
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巯基丙酸乙酯乙醇溶液中，通过超声的方式使液态金属在乙醇中分散形成纳米颗粒，然后通过额外的机械烧结的方式使液态金属纳米颗粒线路恢复导电性。但是，使用的分散液中含有毒性较大的溶剂，且在液态金属纳米颗粒悬浮液图案化后，需要额外的机械烧结的方式来实现导电通路，不适用实际的应用，液态金属的柔性电子制备依然存在着材料利用率低、加工困难、工艺复杂、难以使用高精度设备打印等问题。
[0004]通过检索发现，专利文献CN112538290A公开了一种自烧结液态金属墨水及其制备方法与应用，其中，自烧结导电墨水包括液态金属、纳米黏土、水基溶剂。其专利技术公开了自烧结导电墨水的导电机理，即自烧结液态金属墨水绘制在基底材料上后，随着墨水的干燥，水分不断蒸发，纳米粘土对液态金属微粒具有毛细作用力，这种毛细作用力会促使多个液态金属微粒相连通形成导电通路，进而实现绘制图案的导电性能，无需后续操作。但应用于一些高精度的打印设备，容易出现打印喷头堵塞，墨水雾化效果不佳，影响设备正常使用。
[0005]基于上述因素，提供了一种制备过程简单、成本低、易于操作且可应用于一些高精度的打印设备的液态金属纳米颗粒和碳纳米管复合墨水及其制备方法、应用，扩大液态金属在柔性电子领域的应用范围，整个制备过程简单、周期短、使用方便。
技术实现思路
[0006]本专利技术的目的在于提供一种液态金属纳米颗粒与碳纳米管复合墨水及其制备方法与应用，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0007]本专利技术的目的是通过下述技术方案予以实现：一种液态金属纳米颗粒和碳纳米管复合墨水，由液态金属纳米颗粒和碳纳米管与可溶性高分子分散液形成纳米颗粒悬浮液。
[0008]进一步地，所述可溶性高分子分散液包括可溶性高分子与有机溶剂。
[0009]进一步地，所述可溶性高分子为聚乙烯吡络烷酮、海藻酸钠、纤维素衍生物、水玻璃的一种或多种。
[0010]进一步地，所述有机溶剂为乙醇、异丙醇、丙三醇、二甲基亚砜、十二烷基苯磺酸中
的一种或多种。
[0011]进一步地，所述液态金属为镓、镓铟合金、镓铟锡合金中的一种或几种；优选为GaIn
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。
[0012]所述碳纳米管为单壁碳纳米管或多壁碳纳米管中的一种。
[0013]一种液态金属纳米颗粒和碳纳米管复合墨水的制备方法，包括以下步骤：
[0014](1)将液态金属加到乙醇溶液中，超声破碎至纳米颗粒，再离心分离出液态金属纳米颗粒；
[0015]将所述液态金属加入到乙醇溶液中，在冰水浴的条件下对液态金属进行超破碎处理，使液态金属全部转变为液态金属纳米颗粒，破碎时间为30～40分钟；在通过离心机将液态金属纳米颗粒分离出，离心转速优选为1500～3000转/分钟，离心时间为15～30分钟；
[0016](2)将可溶性高分子分散到所述的有机溶剂中，制备可溶性高分子分散液；
[0017]所述可溶性高分子与所述的有机溶剂的质量比为0.4～1wt％；
[0018]将十二烷基苯磺酸与异丙醇按照质量比混合，在转速在300～1000转/分钟的磁力搅拌器下混合均匀；再将可溶性高分子按照质量比为0.4～1wt％添加到所述的有机溶液中，在转速在300～1000转/分钟的磁力搅拌的条件下，制得稳定均匀的可溶性高分子分散液；
[0019](3)将液态金属纳米颗粒和碳纳米管加入到上述可溶性高分子分散液中，并通过超声分散，制得液态金属纳米颗粒和碳纳米管的悬浮液，即所述液态金属纳米颗粒和碳纳米管复合墨水；
[0020]超声分散在冰水浴条件下进行，超声功率大于400W，超声时间大于10分钟，将液态金属纳米颗粒与碳纳米管在可溶性高分子分散液中分散均匀；
[0021]将所述液态金属纳米颗粒按照质量比加入到高分子可溶性分散液中；再将碳纳米管按照质量比为0.3～1wt％加入到高分子可溶性分散液中；再通过超声使液态金属纳米颗粒与碳纳米管充分分散，超声功率为450W，超声时间为20分钟。
[0022]进一步地，超声破碎在冰水浴条件下进行，液态金属纳米颗粒的平均直径在50
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400nm范围内；
[0023]所述可溶性高分子与有机溶剂的质量比为0.5wt％。
[0024]进一步地，液态金属纳米颗粒与所述的可溶性高分子分散液的质量比为8～15wt％，有机溶剂中十二烷基苯磺酸与异丙醇的质量比为2wt％。
[0025]一种液态金属纳米颗粒和碳纳米管复合墨水的制备方法，具体操作如下：
[0026]1)将5g液态金属加入到60mL乙醇溶液中，通过超声破碎，超声功率600W，超声时间40分钟，将液态金属破碎成液态金属纳米颗粒；
[0027]在通过离心机将液态金属纳米颗粒分离出，离心转速优选为1800转/分钟，离心时间为15分钟；
[0028]2)取1g十二烷基苯磺酸，加入到50g异丙醇中，磁力搅拌获得均一的混合有机溶剂；再将0.25g聚乙烯吡络烷酮溶解于混合有机溶剂中，磁力搅拌获得可溶性高分子分散液；其中搅拌转速500r/min，搅拌时间20分钟；
[0029]所述可溶性高分子与所述的有机溶剂的质量比优选为0.5wt％；有机溶剂中十二烷基苯磺酸与异丙醇的质量比为2wt％；
[0030]将十二烷基苯磺酸与异丙醇在转速在600转/分钟的磁力搅拌器下混合均匀；再将可溶性高分子添加到所述的有机溶液中，在转速在500转/分钟的磁力搅拌的条件下，制得稳定均匀的可溶性高分子分散液；
[0031]3)取步骤1)中得到的液态金属纳米颗粒与0.4g碳纳米管混合，加入到步骤2)中制备得到的可溶性高分子分散液中，在冰水浴的条件下超声分散20分钟，使液态金属纳米颗粒与碳纳米管分散均匀，并形成悬浮液，即液态金属纳米颗粒和碳纳米管复合墨水，其中超声分散功率450W。
[0032]一种液态金属纳米颗粒和碳纳米管复合墨水的应用，液态金属纳米颗粒和碳纳米管复合墨水应用于柔性电子、传感器领域，基于超声谐振原理的打印设备、气溶胶高精度的打印设备进行电子产品印刷；
[0033]将所述液态金属纳米颗粒和碳纳米管本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种液态金属纳米颗粒和碳纳米管复合墨水，其特征在于,由液态金属纳米颗粒和碳纳米管与可溶性高分子分散液形成纳米颗粒悬浮液。2.根据权利要求1所述的液态金属纳米颗粒和碳纳米管复合墨水，其特征在于,所述可溶性高分子分散液包括可溶性高分子与有机溶剂。3.根据权利要求2所述的液态金属纳米颗粒和碳纳米管复合墨水，其特征在于,所述可溶性高分子为聚乙烯吡络烷酮、海藻酸钠、纤维素衍生物、水玻璃的一种或多种。4.根据权利要求2所述的液态金属纳米颗粒和碳纳米管复合墨水，其特征在于,所述有机溶剂为乙醇、异丙醇、丙三醇、二甲基亚砜、十二烷基苯磺酸中的一种或多种。5.根据权利要求1所述的液态金属纳米颗粒和碳纳米管复合墨水，其特征在于,所述液态金属为镓、镓铟合金、镓铟锡合金中的一种或几种；所述碳纳米管为单壁碳纳米管或多壁碳纳米管中的一种。6.根据权利要求1
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5任意一项所述的液态金属纳米颗粒和碳纳米管复合墨水的制备方法，其特征在于,包括以下步骤：(1)将液态金属加到乙醇溶液中，超声破碎至纳米颗粒，再离心分离出液态金属纳米颗粒；将所述液态金属加入到乙醇溶液中，在冰水浴的条件下对液态金属进行超破碎处理，使液态金属全部转变为液态金属纳米颗粒，破碎时间为30～40分钟；在通过离心机将液态金属纳米颗粒分离出，离心转速优选为1500～3000转/分钟，离心时间为15～30分钟；(2)将可溶性高分子分散到所述的有机溶剂中，制备可溶性高分子分散液；所述可溶性高分子与所述的有机溶剂的质量比为0.4～1wt％；将十二烷基苯磺酸与异丙醇按照质量比混合，在转速在300～1000转/分钟的磁力搅拌器下混合均匀；再将可溶性高分子按照质量比为0.4～1wt％添加到所述的有机溶液中，在转速在300～1000转/分钟的磁力搅拌的条件下，制得稳定均匀的可溶性高分子分散液；(3)将液态金属纳米颗粒和碳纳米管加入到上述可溶性高分子分散液中，并通过超声分散，制得液态金属纳米颗粒和碳纳米管的悬浮液，即所述液态金属纳米颗粒和碳纳米管复合墨水；超声分散在冰水浴条件下进行，超声功率大于400W，超声时间大于10分钟，将液态金属纳米颗粒与碳纳米管在可溶性高分子分散液中分散均匀；将所述液态金属纳米颗粒按照质量比加入到高分子可溶性分散液中；再将碳纳米管按照质量比为0.3～1wt％加入到高分子可溶性分散液中；再通过超声使液态金属纳米颗粒与碳纳米管充分分散，超声功率为450W，超声时间为20分钟...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨涛，敖合政，曹鹏，尚涛，邢博，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：
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