基于镓基液态金属玻璃倾斜开关的制备及研究

耿继业, 李思佳,蓝嘉昕,郑继明,李义兵,罗 鲲,汪子林

(1.桂林理工大学 材料科学与工程学院, 广西 桂林 541004； 2.常州大学 材料科学与工程学院，江苏 常州 213164；3.国网鄂州供电公司，湖北 鄂州 436000)

水银开关又称倾斜开关，是常见电路开关的一种，主要由玻璃外壳、铜导线及导电液滴汞3部分组成。其中汞又称水银，熔点为-39 ℃，剧毒且易挥发，对人体和环境会带来严重的危害[1]。因此，一些基于水银特性的产品逐渐被市场所淘汰[2]。近年来，人们开始尝试利用镓及镓基液态金属代替汞，其中镓、共晶镓铟合金、镓铟锡合金熔点分别为29.78，15.6，11 ℃[3-5]。该类合金常温液态，同时具备金属优异的导电性和液体的流动性，无毒、低蒸汽压[6]，广泛应用于柔性电路[7-9]、微流体[10-12]、散热[13-15]和医疗[16]等领域。尽管应用前景广阔，但相对于金属汞而言，其原料成本昂贵，熔点高，且在大气环境下合金表面极易氧化[6,14]，氧化膜对大部分基底具有很强的粘附性，导致基于液态金属流动性或与其他金属接触传感的器件在制备及应用上面临极大的阻碍。目前，研究者已提出了多种方法来解决这个难题。其中，Yu等人[17]通过在三元GaInSn的基础上添加微量锌元素制备得到了熔点为9.7 ℃的GaInSnZn四元合金，进一步降低了镓合金的熔点和制备成本，并揭示了其表面氧化物的生长过程及结构变化。Kim等人[18-19]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[20-21]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。……