一种液态金属灌注装置及液态金属导线制备系统

本发明属于柔性电子，尤其涉及一种液态金属灌注装置及液态金属导线制备系统。

背景技术：

1、柔性电子因可拉伸性在软体机器人、oled和人体表面电子等领域具有巨大的应用潜能，而柔性可拉伸导线/电极对于柔性电子的发展起到决定性的作用。目前，可拉伸导线的制备方法主要有：1、将刚性金属材料制备成微纳米薄片或者蛇形结构，但是此方法需要复杂的制备流程(光刻，转印等)，同时可拉伸范围有限(约60％)；2、将纳米材料(碳纳米管、银纳米线等)混合到可拉伸聚合物中，但这种方法制备的柔性可拉伸导线因为高绝缘聚合物的存在，导电率较低，同时因为使用的纳米材料本质还是刚性的，疲劳强度不高，重复拉伸下导电性受到影响。

2、专利文献cn113096892a公开了一种液态金属导线的制备方法及液态金属导线，该方法包括：制备柔性硅胶绝缘层，所述柔性硅胶绝缘层中间设有流道；将液态金属注射到所述流道中得到柔性可拉伸的液态金属导线。该方法，制备得到的液态金属导线可以做到多次折弯而不会产生疲劳断裂；但是，其采用的微流道和液态金属注射技术操作十分复杂、制备效率低。

3、专利文献cn114758844a公开了一种基于液态金属的柔性导线及其制造方法，该方法包括采用偶联剂和可拉伸聚合物制备柔性基底；在柔性基底上制备液态金属导电图案；在液态金属导电图案上制备封装层。该方法可以简化液态金属的加工工序，但是文中并未提出如何解决液态金属存在的空气泡问题，导致该方法存在导电率不稳定的问题。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，本发明提供了一种液态金属灌注装置，该装置可以大大提高液态金属导线的成品率，解决因液态金属灌注时无法排净气泡所导致电导率不高的问题。

2、一种液态金属灌注装置，所述液态金属装置用于制备液态金属导线，包括往空心导线中灌注液态金属的灌注机构，以及控制系统。

3、所述灌注机构包括固定板，用于提供驱动液态金属流动的循环泵，用于存放液态金属的存储箱，以及固定在所述固定板上、用于灌注液态金属的注射头和用于回收溢出液态金属的回收头。

4、所述控制系统包括检测单元，循环泵控制单元以及协同控制单元，所述检测单元用于检测灌注的液态金属空气泡含量。

5、该装置通过检测单元获取液态金属空气泡含量反馈至协同控制单元，根据反馈的空气含泡量发送脉冲指令至循环泵控制单元，通过循环泵完成液态金属的灌注与排气工作。

6、优选的，所述注射头和所述回收头均带有冗余箱，避免液态金属被导线内异物堵塞导致设备无法正常工作，同时用于排净残留在液态金属内的空气泡。

7、优选的，所述回收头的冗余箱设有压力传感器，用于反馈已回收的液态金属量，从而加快单条导线灌注和排气的效率。

8、具体的，所述灌注机构还包括用于调节固定板位置的滑动组单元，所述滑动组单元包括横向滑动组和纵向滑动组，从而保证液态金属灌注装置适用于多种长度导线的制备工作。

9、具体的，所述液态金属的粘度为2.8mpa·s，既保证液态金属导线具有良好的电导率，同时也能保证单条导线灌注的效率。

10、具体的，所述检测单元包括图像识别系统和液态金属流量监控系统，所述液态金属流量监控系统通过布置在注射头处的流量计进行监控，所述图像识别系统在完成每一次供料操作后对液态金属导线进行空气泡的识别，若空气泡数量大于预设值则通过循环泵控制单元执行一次供料操作，若空气泡数量小于预设值则完成检测工作。

11、优选的，所述循环泵控制单元采用阶梯式供料策略向循环泵发送供料脉冲指令，所述阶梯式供料策略具体为每一次灌注的液态金属量都是前一次的1/2，从而降低单次灌注时原料的损耗。

12、本发明还提供了一种液态金属导线制备系统，包括空心导线提供机构，抓取机构，封装机构以及控制系统，所述液态金属制备系统采用如上述的液态金属浇灌装置执行液态金属灌注工作，其具体步骤如下：

13、步骤1、通过供料机构提供预设尺寸的空心导线；

14、步骤2、通过抓取机构抓取空心导线两端，使得空心导线自然悬挂呈u型；

15、步骤3、通过液态金属灌注装置将加工好的液态金属注入至空心导线中，并通过封装机构完成液态金属导线的两端处插入电极铜针与封胶处理工作；

16、步骤4、对封装好的液态金属导线进行表面残余液态金属的冲洗，并对冲洗干净的弹性软管进行烘干；

17、步骤5、通过抓取机构将步骤4处理后的液态金属导线输送至出料处存放。

18、与现有技术相比，本发明的有益效果：

19、(1)本发明通过检测装单元实现灌注过程中空气泡含量的检测，从而提高液态金属导线的质量。

20、(2)本发明通过协同控制单元，将检测单元的检测结果转换为循环泵控制单元的调控依据，从而降低液态金属导线内的空气泡含量，同时也能降低原料的消耗。

技术特征：

1.一种液态金属灌注装置，所述液态金属灌注装置用于制备液态金属导线，其特征在于，包括往空心导线中灌注液态金属的灌注机构以及控制系统；

2.根据权利要求1所述的液态金属灌注装置，其特征在于，所述注射头和所述回收头均带有冗余箱。

3.根据权利要求2所述的液态金属灌注装置，其特征在于，所述回收头的冗余箱内设有压力传感器，用于反馈已回收的液态金属量。

4.根据权利要求1所述的液态金属灌注装置，其特征在于，所述灌注机构还包括用于调节固定板位置的滑动组单元，所述滑动组单元包括横向滑动组和纵向滑动组。

5.根据权利要求1所述的液态金属灌注装置，其特征在于，所述存储箱包括用于存储液态金属的箱体，以及布置在箱体内用于检测液态金属粘度的粘度传感器。

6.根据权利要求5所述的液态金属灌注装置，其特征在于，所述液态金属的粘度为2.8mpa·s。

7.根据权利要求1所述的液态金属灌注装置，其特征在于，所述检测单元包括图像识别系统和液态金属流量监控系统，所述液态金属流量监控系统通过布置在注射头处的流量计进行监控，所述图像识别系统在完成每一次供料操作后对液态金属导线进行空气泡的识别，若空气泡数量大于等于预设值则通过循环泵控制单元执行一次供料操作，若空气泡数量小于预设值则完成检测工作。

8.根据权利要求1或7所述的液态金属灌注装置，其特征在于，所述循环泵控制单元采用阶梯式供料策略向循环泵发送供料脉冲指令，所述阶梯式供料策略具体为每一次灌注的液态金属量都是前一次的1/2。

9.一种液态金属导线制备系统，包括空心导线提供机构，抓取机构，封装机构以及控制系统，其特征在于，所述液态金属导线制备系统采用如权利要求1～8任一项所述的液态金属灌注装置执行液态金属灌注工作，其具体步骤如下：

技术总结
本发明公开了一种液态金属灌注装置，所述液态金属灌注装置用于制备液态金属导线，包括往空心导线中灌注液态金属的灌注机构以及控制系统；所述灌注机构包括固定板，用于提供驱动液态金属流动的循环泵，用于存放液态金属的存储箱，以及固定在所述固定板上、用于灌注液态金属的注射头和用于回收溢出液态金属的回收头；所述控制系统包括检测单元，循环泵控制单元以及协同控制单元，所述检测单元用于检测灌注的液态金属空气泡含量。本发明还提供了一种液态金属导线制备系统。本发明提供的装置可以大大提高液态金属导线的成品率，解决因液态金属灌注时无法排净气泡所导致电导率不高的问题。

技术研发人员：吴振广,余建平,刘宜伟,李润伟
受保护的技术使用者：中国科学院宁波材料技术与工程研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13