本实用新型涉及纺织材料与柔性电子材料技术领域，尤其是涉及一种包含液态金属的纺织材料。
背景技术：
随着柔性电子学及可穿戴设备的发展，弹性导体因具有优异的可拉伸性及舒适性而越来越受到人们的关注。液态金属材料是一种在室温下为液态的导电材料，具有金属导电性和流动性，因此在柔性电子器件中有良好的应用价值，例如液态金属可用柔性电极、柔性传感器等。
近来，有报道将液态金属应用于纺织服装领域，以实现功能服装、智能服装等。但是，如何将液态金属与纺织材料形结合，制备得到穿戴安全、舒适，性能稳定，并且制备成功率高的纺织材料对于本领域技术人员而言却是技术难题。
cn206024138u公布了一种液态金属布料，包括第一纺织层、第二纺织层、绝缘层、液态金属和控制模块，其中绝缘层具有中空封闭空间，液态金属充满绝缘层的中空封闭空间。该专利文献公开了由两个导热绝缘膜对合形成囊状绝缘层，液态金属被封装在囊状绝缘层的方法是：首先，将聚二甲基硅氧烷(pdms)与硅胶固化剂以10:1的质量比混合均匀，随后将混合液均匀涂抹在玻璃表面，置于75℃的加热箱中加热一小时，将塑料或金属掩膜板置于pdms混合液上，当pdms混合液凝固后将其取出，此时表面会出现凹槽，形成下层绝缘膜；随后，将掩膜板取下，使用液态金属喷枪将液态金属均匀喷涂在下层绝缘膜上，液态金属会沿着下层绝缘膜的凹槽均匀铺开，即可制得液态金属层；在液态金属相应位置放置控制模块，将pdms混合液均匀涂抹在喷涂液态金属的下层绝缘膜上，然后将其放置在75℃的加热箱中加热一小时，pdms凝固后形成上层绝缘膜，完成对液态金属层及控制模块封装在两层绝缘膜之间。
上述专利文献公开的液态金属布料存在如下问题：
(1)上述专利文献仅公开了第一纺织层与第二纺织层用于包裹绝缘层，以及封装液态金属的囊状绝缘层的制备方法，但是没有公开具有中空封闭空间的绝缘层如何与第一纺织层与第二纺织层相结合。
(2)在封装液态金属的囊状绝缘层制备过程中，将塑料或金属掩膜板置于pdms混合液上，当pdms混合液凝固后将其取出而得到用于盛放液态金属的凹槽。但是，在实际操作中，这种方法存在如下问题：
(a)pdms混合液凝固后塑料或金属掩膜难以从凝固体中取出，造成凹槽难以得到，或者得到的凹槽形状与所期望的凹槽形状存在差别；
(b)为了提高塑料或金属掩膜板从凝固体中取出的可操作性，掩膜板的三维尺寸不能太小，因此利用该方法得到的凹槽的三维尺寸较大，尤其是其厚度与宽度较大，至少在500μm以上。但是，在实际应用中，液态金属在织物中的厚度较小为宜，一方面可提高织物的可穿戴性与舒适性；另一方面，当液态金属厚度越小，当织物在实际应用中受到折叠、揉搓、挤压等外力作用时液态金属遭受的影响越小，从而越有利于提高其性能稳定性。
(3)该方法的可操作性较差，在实际应用中制备成功率较低。
技术实现要素：
针对上述问题，本实用新型提供一种包含液态金属的纺织材料，其中液态金属厚度超薄。
本实用新型提供的技术方案是：一种包含液态金属的纺织材料，包括纺织材料层、绝缘层、液态金属层与保护层；绝缘层位于纺织材料层表面，液态金属位于绝缘层表面，保护层覆盖着液态金属层，用于保护液态金属层；所述液态金属层厚度达到小于500um，优选小于100um，甚至可以小于10um。
作为优选，所述液态金属层连接电极，液态金属通过电极与外电路连通。
作为优选，液态金属在绝缘层表面呈一定图案结构。所述图案不限，包括直线、正弦线、波浪线、锯齿波、三角波、椭圆形、环形、线圈形、心形等中的一种及两种以上并列、交叉、堆叠等组成的图案。
本实用新型还提供一种包含液态金属的纺织材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)在纺织材料表面制备绝缘层；
(2)在绝缘层表面制备液态金属层；
(3)在液态金属层表面制备保护层，使保护层覆盖液态金属层。
所述步骤(1)中，作为优选，采用热压方法在纺织材料表面制备绝缘层。
所述步骤(2)中，作为优选，采用镂空模板，将模板放置在绝缘层表面，然后将液态金属浇注、涂覆、印刷或者热压在模板的镂空中，得到液态金属层，然后去除模板。其中，所述模板用于形成液态金属层，在液态金属层制备过程中起到液态金属边界定位的作用，当液态金属层形成后即可直接去掉所述模具。当液态金属层呈一定图案时，所述模板用于形成图案化的液态金属层，在液态金属层制备过程中起到液态金属图案边界定位的作用，当图案化的液态金属层形成后即可直接去掉所述模具。因此，利用该方法可以获得三维尺寸较小的液态金属层，尤其是可以获得厚度与宽度较小的液态金属层，厚度达到百微米量级，优选小于500um，更优选小于100um，甚至可以小于10um。
所述步骤(3)中，制备保护层的方法不限，作为优选，采用热压方法在液态金属层表面制备保护层。
作为优选，所述液态金属层连接电极，液态金属通过电极与外电路连通。
所述步骤(2)中，在绝缘层表面制备液态金属层，然后液态金属层连接电极，使液态金属通过电极与外电路连通；
本实用新型中，所述纺织材料层是由棉、麻、毛、丝绸、呢绒、纤维等材料中的一种或者几种形成的织物。
作为优选，所述绝缘层为柔性材料，具有拉伸，弯曲等形变能力。所述柔性材料不限，包括柔性高分子材料等。作为进一步优选，所述绝缘层采用与纺织层具有良好的粘结能力的柔性材料，例如tpe、tpu、tpv、sbs、sebs、硅胶、聚二甲基硅氧烷(pdms)、橡胶、poe、ecoflex等材料中的一种或多种的组合。
所述液态金属是指在室温下为液态的金属导电材料，包括但不限于汞、镓铟合金、镓铟锡合金，以及过渡金属、固态非金属元素的一种或多种掺杂的镓铟合金、镓铟锡合金等。
所述保护层为绝缘材料，包括但不限于高分子材料、纺织材料等。作为优选，所述保护层为柔性绝缘材料，具有拉伸，弯曲等形变能力。所述柔性材料不限，包括柔性高分子材料等。作为进一步优选，所述绝缘层采用与纺织层具有良好的粘结能力的柔性材料，例如tpe、tpu、tpv、sbs、sebs、硅胶、聚二甲基硅氧烷(pdms)、橡胶、poe、ecoflex等材料中的一种或多种的组合。
作为优选，液态金属在绝缘层表面呈一定图案结构，所述图案不限，包括直线、正弦线、波浪线、锯齿波、三角波、椭圆形、环形、线圈形、心形等中的一种及两种以上并列、交叉、堆叠等组成的图案。
与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：
(1)本实用新型将液态金属与纺织材料相结合，通过设置绝缘层与保护层构成多层复合结构，其中液态金属层厚度能够达到百微米量级，优选小于500um，更优选小于100um，甚至小于10um，从而可以提高织物的可穿戴性与舒适性，并且当织物在实际应用中受到折叠、揉搓、挤压等外力作用时由于液态金属层超薄而大大降低所遭受的影响，从而有利于提高其性能稳定性。因此，本实用新型的纺织材料在功能服装、智能服装等可穿戴设备中具有良好的应用前景。
(2)本实用新型采用逐层制备的方法，首先在纺织材料表面制备绝缘层，然后在绝缘层表面制备液态金属层，最后制备保护层，具有简单易控，成品率高的优点。当采用模具制备液态金属层时，由于模具作用不同与现有技术中的掩膜板，一方面能够得到三维尺寸较小的液态金属层模具，另一方面在模具中填充液态金属后能够方便简单地去除模具材料，从而能够方便地获得三维尺寸较小的液态金属层，尤其是能够方便地获得厚度与宽度较小的液态金属层，其厚度超薄，可达到百微米量级，优选小于500um，更优选小于100um，甚至小于10um。
(3)当采用热压方式制备绝缘层时，能够充分发挥纺织材料的材料特性，得到与纺织材料结合性高，制备简单、成品率高的绝缘层；然后，采用模具制备液态金属层，得到超薄的液态金属；最后，采用热压方式在液态金属层表面制备保护层时，由于液态金属超薄，热压过程中能够有效避免出现液态金属溢出、变形等问题，从而能够维持液态金属基本结构不受影响。实验证实，与现有技术相比，采用该方法制备包含液态金属的纺织材料时重复性大大提高，成品率有效提高，成本大幅度降低，因此本实用新型在功能服装、智能服装等领域具有广泛的应用前景。
附图说明
图1是本实用新型实施例1中包含液态金属的纺织材料的俯视图；
图2是本实用新型实施例1中包含液态金属的纺织材料的前视图；
图3是本实用新型实施例1中包含液态金属的纺织材料沿a-a的截面视图；
图4-9是本实用新型实施例1中包含液态金属的纺织材料的制备流程图。
图10是本实用新型实施例1中制得的包含液态金属的纺织材料的外观图。
图1-10中的附图标记为：1-纺织材料层，2-绝缘层，3-液态金属层，4-电极，5-保护层，6-镂空模板。
具体实施方式
以下结合附图与实施例对本实用新型作进一步详细描述，需要指出的是，以下所述实施例旨在便于对本实用新型的理解，而不对其起任何限定作用。
实施例1：
本实施例中，包含液态金属的纺织材料如图1-3所示，包括纺织材料层1、绝缘层2、液态金属层3、电极4与保护层5；绝缘层2位于纺织材料层1表面，液态金属3位于绝缘层2表面，保护层5覆盖着液态金属层3，用于保护液态金属层。在纺织材料层表面液态金属层呈并列正弦图形。液态金属层通过电极4与外电路相连通。
其中，纺织材料是混纺布料a；绝缘层材料是热塑性良好的tpe膜；液态金属是gainsn合金，其各组分质量比为62.5:21.5:16，在室温下为液态；保护层材料是涂覆有tpe胶膜的弹性的混纺布料。
本实施例中，液态金属层厚度为100μm。
该包含液态金属的纺织材料的制备方法包括如下步骤：
(1)如图4所示，在混纺布料a表面平铺一层tpe膜a，利用热压机进行热压，热压温度为140℃，热压时间为30s，将tpe膜a贴合到混纺布料a上；
(2)如图5所示，在tpe膜a表面放置镂空模板6；然后，如图6所示，通过印刷将液态金属填充在模板中；接着，如图7所示，去除模板材料，得到呈并列正弦图形的液态金属层3；
(3)如图8所示，在步骤(2)制得的每一条呈正弦图形的液态金属的两端贴合细铜片电极4；
(4)如图9所示，在步骤(3)制得的液态金属层3表面覆盖一层贴有tpe膜b的混纺布料b，tpe膜b面朝下，再利用热压机进行热压，设置热压温度为140℃，热压时间为30s，将tpe膜a与tpe膜b贴合到一起。由于该液态金属层超薄，在热压过程中该液态金属层能够维持其结构不受影响。
上述制得的包含液态金属的纺织材料与普通的纺织材料外观如图10所示，其穿戴时方便舒适，与普通的织物体验感相同，并且该纺织材料具有柔性，可拉伸、弯曲、揉搓、挤压等，在这些操作下与普通的织物体验感相同。由于该纺织材料中液态金属层超薄，当织物在实际应用中受到外力作用时液态金属层所遭受的影响大大降低，因此其性能具有高稳定性。
以上所述的实施例对本实用新型的技术方案进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本实用新型的具体实施例，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的原则范围内所做的任何修改、补充或类似方式替代等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
1.一种包含液态金属的纺织材料，其特征是：包括纺织材料层、绝缘层、液态金属层与保护层；绝缘层位于纺织材料层表面，液态金属位于绝缘层表面，保护层覆盖着液态金属层，用于保护液态金属层；所述液态金属层厚度为百微米量级。
2.如权利要求1所述的包含液态金属的纺织材料，其特征是：所述液态金属层厚度小于500um。
3.如权利要求2所述的包含液态金属的纺织材料，其特征是：所述液态金属层厚度小于100um。
4.如权利要求3所述的包含液态金属的纺织材料，其特征是：所述液态金属层厚度小于10um。
5.如权利要求1至4中任一权利要求所述的包含液态金属的纺织材料，其特征是：所述液态金属层连接电极。
6.如权利要求1至4中任一权利要求所述的包含液态金属的纺织材料，其特征是：所述液态金属层在绝缘层表面呈一定图案结构。
技术总结