液态金属墨水的基本典型材料介绍

液态金属通常指的是熔点低于300℃的低熔点合金［1，2］，其中室温液态金属的熔点更低，在室温下即呈液态。与传统流体相比，液态金属具有优异的导热和导电性能，且液相温度区间宽广，因此得到越来越多的研究。自然界存在的室温液态纯金属有汞、铯、钫和镓，熔点分别是-38.87℃、28.65℃、27℃和29.8℃。其中，汞的挥发性比较大，因此汞和汞合金（汞齐，Amalgam）具有一定毒性，含汞残余物进入生态循环后，会对人类和环境造成危害［3］，因此应谨慎使用。铯和钫属于性质活泼的碱金属，铯在空气中极易被氧化，和水会发生剧烈反应，而钫则是一种不稳定的放射性元素。目前，熔点低于室温的镓基合金是使用最多的导电墨水，表3.1列出了几种液态金属和水的物理性质对比。其中，EGaIn为共晶镓铟合金Ga75.5In24.5（其中Ga和In的质量分数分别为75.5%和24.5%，简称GaIn24.5），EGaInSn为共晶镓铟锡合金Ga62.5In21.5Sn16（其中Ga、In和Sn的质量分数分别为62.5%、21.5%和16%）。

表3.1　几种典型液态金属和水的物理性质比较［4-10］

传统的导电墨水，不论是导电高分子系、纳米金属、有机金属导电墨水，或是碳材料类导电墨水，自身均不具备导电性，在打印后需要经过一定的后处理工艺（如烧结，退火），将导电墨水中的溶剂、分散剂、稳定剂等去除，使导电材料形成连续的薄膜后才具备导电性。并且墨水配制及后处理环节的工艺过程都较为复杂。除此之外，采用纳米金、银墨水在进行大面积打印时成本较高，而纳米铜粒子又容易氧化。与传统导电墨水相比，液态金属墨水材料的配制相对简单，在打印后也无需进行后处理即具备导电性，而且电导率相对较高，是一种十分理想的导电墨水［3］。表3.2比较了液态金属与几种传统导电墨水的电导率。(www.xing528.com)

表3.2　几种典型导电墨水电导率的比较［7，11-15］

注：a.质量分数为1.3%；b.保护剂为十二烷胺（DDA）；c.保护剂为聚乙烯基吡咯烷酮（PVP）；d.质量分数为80%。