一種液態合金及其制備方法和應用
【技術領域】
[0001] 本發明涉及金屬材料領域，尤其涉及一種液態合金及其制備方法和應用。
【背景技術】
[0002] 低熔點合金，是指熔點低于232°C(Sn的熔點）的易熔合金，通常由鉍（Bi)等低熔 點金屬元素組成。低熔點合金通常被廣泛地用作焊料，以及電器、蒸汽、消防、火災報警等裝 置中的保險絲、熔斷器等熱敏組件，是一類頗具發展潛力的新型材料。
[0003] 液態合金即為一種低熔點合金，且在常溫下為液態，可以像水一樣自由流動，但卻 擁有金屬的特性。液態合金的原子結構也與普通的固態金屬不同，更類似于非晶態的液體， 其導熱能力和比熱容遠高于傳統的甲醇和水等導熱劑。
[0004] 鎵為淡藍色金屬，在29. 76°C時變為銀白色液體。液態鎵很容易過冷即冷卻至0°C 而不固化。基于鎵（Ga)的液態合金正是利用此種金屬低熔點和可保持過冷液態的性質，混 合鉍（Bi)、鋁（Al)、鎂（Mg)、銀（Ag)等金屬而制得的。現有最低熔點記錄為:TC，故常溫下 呈液態。
[0005] 超導材料最普遍的應用之一為超導線材或線圈，其接駁處也要求具有優異的導電 性，以保證在使用過程中輸運較大電流。已有報道的超導線材接駁方法包括粘接、燒結連 接、焊接、金屬套接、壓接等。其中超導接頭的制備工藝復雜，且對接駁材料的要求很高，普 通的材料很難勝任。
[0006] 基于絲網印刷的銀漿導電線路常應用于薄膜開關、軟性線路、玩具線路、手寫板線 路、電子琴線路、電腦鍵盤線路、遙控器等產品，由于此種導電線路截面積較小，故而需要所 采用的印刷材料具有良好的電導率，且不易損壞而造成斷路。

【發明內容】

[0007][技術問題]
[0008] 本發明的一個方面涉及一種液態合金，所述液態合金具有無毒、流動性佳、導熱導 電性能優異、臨界溫度下超導等優良特性。
[0009] 本發明的另一個方面涉及一種液態合金的制備，所述制備工藝簡單高效，成本低 廉，環保節約。
[0010] 本發明的再一個方面涉及一種液態合金的應用，所述液態合金可廣泛應用于超導 電路（如超導線材接駁）、電子元器件的電接駁、電子線路板、自修復導體等領域。
[0011] [技術方案]
[0012] 根據本發明的一個方面，提供了一種液態合金，可包含：1-90重量份的鎵（Ga)、 1-75重量份的銦（In)和1-40重量份的錫（Sn)。所述各個組分的重量比不同可調節制得 的液態合金的熔點。其中，通過調節鎵（Ga)的含量，還可以調節所述液態合金的流動性。
[0013] 根據本發明的一個實施方式，所述液態合金可包含：5-65重量份的鎵、20-70重量 份的銦和5-25重量份的錫。
[0014] 根據本發明的一個實施方式，所述液態合金可包含：70-90重量份的鎵和總量為 10-30重量份的銦和錫，且所述銦和錫的重量比為1:2。
[0015] 以此配比制得的液態合金具有適宜的流動性和良好的電導率，可應用于自修復導 體中，在導體受損時修復導體，避免了所述導體的斷路而造成事故損失。
[0016] 根據本發明的一個實施方式，所述液態合金可進一步包含1-30重量份的其它組 分。所述其它組分不作特別的限定，且優選地，可選自鉛（Pb)、鋁（A1)、銀（Ag)、鉻（Cr)、 鈦（Ti)、鐵（Fe)、鎂（Mg)、鈣（Ca)、銅（Cu)、鈷（Co)、錳（Mn)、鎳（Ni)、鋅（Zn)、鍺（Ge)JS (Sr)、紀（Y)、錯（Zr)、銀（Nb)、鉬（Mo)、鎘（Cd)、碳納米管（CNT)和石墨稀（Graphene)中的 至少一種。
[0017] 根據本發明的一個實施方式，所述液態合金可包含1-15重量份的所述其它組分。
[0018] 根據本發明的一個實施方式，所述液態合金可包含1-5重量份的所述其它組分。
[0019] 根據本發明的一個實施方式，所述液態合金可包含：40-50重量份的鎵、15-20重 量份的銦、30-40重量份的錫和1-10重量份的鉛。
[0020] 根據本發明的一個實施方式，所述液態合金可包含：40-65重量份的鎵、15-25重 量份的銦、10-20重量份的錫、1-5重量份的鋅和1-5重量份的銀。
[0021] 根據本發明的另一個方面，提供了上述液態合金的制備方法，可包括以下步驟：
[0022] (1)以上述重量比分別稱量鎵、銦和錫；
[0023] (2)在隔絕空氣的條件下，將鎵加熱至完全熔融；
[0024] (3)將錫加入到熔融狀態的鎵中，在加熱條件下，例如加熱至235°C以上使錫熔 化，同時攪拌以獲得均勻的鎵錫混合物；
[0025] (4)將銦加入到熔融狀態的鎵錫混合物中，在加熱條件下，例如維持溫度在120°C 以上使銦熔化，同時攪拌以獲得均勻的鎵、銦和錫的混合物；
[0026] (5)將所述液態合金自然冷卻至室溫，從而制得所述液態合金。
[0027] 根據本發明的另一個實施方式，所述液態合金的制備方法可進一步包括：
[0028] 稱量以上重量比的其它組分，所述其它組分可選自鉛（Pb)、鋁（A1)、銀（Ag)、 鉻（Cr)、鈦（Ti)、鐵（Fe)、鎂（Mg)、鈣（Ca)、銅（Cu)、鈷（Co)、錳（Mn)、鎳（Ni)、鋅（Zn)、 鍺（Ge)、鍶（Sr)、釔（Y)、鋯（Zr)、鈮（Nb)、鉬（Mo)、鎘（Cd)、碳納米管（CNT)和石墨烯 (Graphene)中的至少一種；以及將所述其它組分加入到步驟（1)之后以及步驟（5)之前的 任意步驟所獲得的產物中，并攪拌至混合均勻。
[0029] 所述其它組分的添加和攪拌可在加熱或室溫條件下進行。
[0030] 根據本發明的再一個方面，上述液態合金的應用可包括用于超導電路、電子元器 件的電接駁、電子線路板和自修復導體等。
[0031] 所述液態合金在降溫固化的過程中，有自然的銦（In)或錫（Sn)以及銦錫（InSn) 相等金相的自分離，這是其超導特性的本源。
[0032] 根據本發明的一個實施方式，所述液態合金在超導電路的應用可包括：超導線材 接駁、制作約瑟夫森結等。
[0033]所述液態合金屬于非理想第二類超導體，具有兩個臨界磁場值，在兩個臨界磁場 值之間，所述液態合金允許部分磁場穿透材料，此外，非理想第二類超導體有較高的臨界溫 度和臨界磁場，可以通過較大的超導電流，故有較高的工業應用價值。
[0034][有益效果]
[0035] 本發明所述的液態合金具有如下優點：
[0036] (1)根據本發明的一個實施方式的由鎵、錫和銦組成的液態合金是無毒的，即使摻 入某些有毒的成分，如鉛、鈷或鎘，由于中和稀釋和合金化的作用，所制得的液態合金也只 有極低的毒性。
[0037] (2)根據本發明的液態合金的導電性能優異，如所述液態合金在20 °C時的 電導率可在3XIO6Q1Hi1以上，例如，Ga62In22Sn16(下標數字為重量比）的電導率為 3.IXlO6Q1In^GassIn4Sn8的電導率為3. 6X10 6Q1In\均大大優于普通的銀衆固化導電線 路（電導率IXlO4Q1Hi:)，故可代替銀漿用于電子元器件的電接駁、電子線路板中，并且其 抗折性明顯優于光纖、普通金屬導線和銀漿固化導線等。
[0038] (3)根據本發明的液態合金在常溫下具有適宜的流動性，可應用于自修復導體中， 在導體受損時流出修復導體，避免了所述導體的斷路而造成事故損失。
[0039] (4)根據本發明的液態合金具有超導性質，屬于非理想第二類超導體，例如， Ga5In71Sn24、Ga62In22Sn16 (下標數字為重量比）等液態合金均測得高于6K(如6. 4K、6. 6K)的 超導起始轉變溫度（見圖1和2)，與傳統的低溫超導材料NbTi、Nb3Sn等接近。并且相比于 第一類超導體汞，同樣在室溫下為液態，但汞為第一類超導體，無法承載較大的超導電流， 對工業應用無大意義。
[0040] (5)根據本發明的液態合金在常溫下為液態，可裝入不同的容器中形成所需的形 狀，并在隨后的降溫過程中固化為所需超導器件，相比于常溫為固態的超導合金，簡化了在 合金使用前對其形狀的加工，使得所述液態合金的應用較為簡便；此外，利用上述性質，也 為采用所述液態合金進行復雜超導器件的3D打印提供了廣闊的應用前景。
[0041] (6)如上所述根據本發明的液態合金在常溫下為液態的性質，在進行超導線材接 駁時，與超導線材的接觸性好，無需焊接或粘接，簡化了接駁過程，降低了成本。
[0042] (7)根據本發明的另一個方面的液態合金的制備方法，其制備工藝簡單高效，成本 低廉，環保節約。
【附圖說明】
[0043] 附圖圖示了本發明的優選實施方式，連同前面的敘述，用于進一步理解本發明的 技術精神。在所述附圖中：
[0044] 圖1為根據本發明的一個實施方式的重量比Ga:In:Sn為5: