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鄒小姐：13326633089 -
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只(zhi)要學過(guo)初中化學的人都(dou)知道金屬并(bing)不只(zhi)有固體這(zhe)一種形態(tai)，像“汞”，也就是水銀，在常溫下就會呈液態。不過除了汞以外，其實還有許多在常溫下可流動的金屬材料存在，他們統稱為液態金屬，又稱低(di)熔點(dian)金屬，是一大(da)類物理化學(xue)行為(wei)十分(fen)獨特(te)的新(xin)興功能(neng)物質，由于具(ju)有諸多新(xin)奇特(te)性，因(yin)此液態金屬為(wei)新(xin)興科學(xue)與(yu)技術前沿提供了重要啟(qi)示(shi)和豐富的研(yan)究空間。
常溫下會流動(dong)的金屬
一(yi)、液(ye)態金(jin)屬的優(you)勢
常(chang)溫液態金屬(shu)雖然遠(yuan)不如固(gu)態金屬(shu)被為人所(suo)知，但得益于(yu)其優勢——常溫下可流動、導電性強、熱學特性優異、易于實現固液轉換，因沸點高（溫度高達2300℃時仍處于液相）而不會像水那樣沸騰乃至爆炸等，近年來其實取得了不少顛覆性發現和技術突破。
通常可(ke)供(gong)直接使用的常溫液態(tai)金屬種類比(bi)較有(you)限。自(zi)然(ran)界中常溫下呈液態(tai)的純金屬主(zhu)要有(you)汞、鎵(jia)、銫，熔點分別為?38.87℃、29.8℃、28.65℃。鑒于液態純金屬種類稀少，一般在實際中使用的是液態合金材料，需具備以下特點：①物理化學性能優良，如高熱導率、電導率、低粘度等；②環境友好、無毒無害、非易燃易爆、易于回收利用，具有較低的蒸汽壓和揮發性；③成本宜盡可能低。典型類型有鎵(jia)基(ji)合金、鉍基(ji)合金等。
二、液態金屬的制備
目前關于液態金(jin)屬(shu)的使(shi)用(yong)與研究主要集(ji)中(zhong)在(zai)室溫(wen)液態金(jin)屬(shu)，主要采用(yong)的是熔煉制(zhi)備工藝，大(da)體(ti)制(zhi)備過(guo)程(cheng)如下：以高純度(du)的金(jin)屬(shu)作為原材料(liao)，按照重(zhong)量的百分(fen)比選取適量材料(liao)到容器(qi)中(zhong)混(hun)合，用(yong)來混(hun)合的容器(qi)是要預(yu)先用(yong)去離子(zi)水清洗(xi)過(guo)的，原材料(liao)混(hun)合后，加熱到一定溫(wen)度(du)直至金(jin)屬(shu)熔化，再進行輕微攪(jiao)拌，冷卻至室溫(wen)后即可得(de)到新的合金(jin)材料(liao)。
根據金屬(shu)材(cai)(cai)料成分和配比的(de)不同，最(zui)終(zhong)形成的(de)液態金屬(shu)材(cai)(cai)料將具備(bei)不同的(de)功能(neng)與特性，比如與共晶Ga-In-Sn液態金屬相比，共晶Ga-Sn-Zn液態金屬的熔化溫度和表面張力更高，而熱膨脹系數、密度、黏度、導電率和導熱系數更低。
三、液態金屬的應用
液態(tai)金(jin)屬(shu)是(shi)一種(zhong)不定型(xing)的(de)、可流動的(de)的(de)金(jin)屬(shu)，正是(shi)因為這種(zhong)不定型(xing)的(de)液體(ti)形態(tai)，使(shi)其具有極佳的(de)電性(xing)能和熱力學(xue)性(xing)能，目前廣泛應用于電池、電力設(she)備、生物(wu)醫(yi)療(liao)、3D打印和計算領域。
①熱管理材料
隨著微(wei)納電(dian)子技術的(de)應用與(yu)發展，高(gao)集成度芯片、器(qi)件與(yu)系統引發的(de)熱(re)障問題成為制約各(ge)種高(gao)端應用的(de)普遍性(xing)難題。21世紀初，在芯片冷卻領域引入了低熔點合金流體散熱技術，經過近20年的發展后，常溫液態(tai)金(jin)屬冷卻(que)領域(yu)目前已建立了(le)相對完備的理論與(yu)應用技術體系。
除了在高功(gong)率密度(du)電子芯片、光電器(qi)件、國防裝備極(ji)端散熱等方面(mian)有著重要應用價值(zhi)外，液態金屬冷(leng)卻正在逐步拓展到消(xiao)費電子、低品位熱能利用、光伏發電、能量儲存、智能電網、高(gao)性能電池、發動機冷(leng)卻、熱電轉換等領域，如(ru)臺(tai)式計(ji)算機、LED路燈(deng)、筆記(ji)本電腦、游戲機、高(gao)性能服務器等(deng)。
PlayStation 5 使(shi)用液態(tai)金屬進行冷卻，而不是導熱膏或(huo)蒸汽(qi)室(shi)解決方案
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②液態金屬電池(chi)
電(dian)化學儲能技術被認為具有很好的(de)發(fa)展前景，但要投入(ru)實際應(ying)用的話，電(dian)網儲能技術必須要低價格、長壽(shou)命、高效(xiao)率和易規(gui)模化。針對這些(xie)問(wen)題，美(mei)國麻省理工學院(MIT)的研究小組提出了液態金屬電池這一全新的大規模電化學儲能技術。該技術能夠較好地滿足上述要求，由此引起了美國學術界、工業界及政府部門的廣泛關注和報道。
液(ye)態金屬電池的結構及原(yuan)理圖
液態(tai)金屬電(dian)池具有許多優良(liang)特性(xing)：①液(ye)態(tai)(tai)金屬電(dian)(dian)(dian)極、熔融鹽電(dian)(dian)(dian)解(jie)質(zhi)及穩定的液(ye)液(ye)界面給(gei)予了液(ye)態(tai)(tai)金屬電(dian)(dian)(dian)池(chi)優越的動力學傳輸特性(xing)，其界面電(dian)(dian)(dian)荷轉移阻力小，使(shi)得電(dian)(dian)(dian)池(chi)可以在(zai)高的電(dian)(dian)(dian)流密(mi)度下以相(xiang)對較高的電(dian)(dian)(dian)壓效(xiao)率運行；②液態金屬電池采用3層液態自動分層的設計，簡化了電池的組裝，易實現電池的生產；③液態(tai)(tai)金屬電極(ji)在(zai)循(xun)環過程中其界面始終處于動態(tai)(tai)更新的狀態(tai)(tai)，避(bi)免了傳統(tong)固態(tai)(tai)電極(ji)在(zai)長(chang)時間或者(zhe)復(fu)雜工(gong)況(kuang)下的電極(ji)結構變(bian)化及枝晶生長(chang)等問題，從而使(shi)得液態(tai)(tai)金屬電池具有超(chao)長(chang)理論循(xun)環壽命。
③電磁(ci)屏蔽材料(liao)
導電(dian)紡織品(CTs)是(shi)有(you)前(qian)途(tu)的(de)(de)電(dian)磁干擾屏蔽材料。然而，由于剛性(xing)導電(dian)網絡(luo)，有(you)限的(de)(de)可拉伸性(xing)和差的(de)(de)可靠性(xing)限制了(le)它們在可拉伸電(dian)子(zi)設(she)備(bei)中(zhong)的(de)(de)潛在應用。Li-Chuan Jia等通過設計可變形的(de)液態金(jin)屬（LM）涂層和聚二甲基硅氧烷（PDMS）保護層，開發出了一種具有高度可拉伸性和可靠性的CT，以實現有效的EMI屏蔽。所得的PDMS-LM /紡織物在僅0.35毫米的厚度下具有72.6 dB的出色EMI屏蔽效率，同時在30％和50％的應變下分別保持66.0 dB和52.4 dB的EMI屏蔽效率。
優異且持久的EMI屏蔽效率應該歸因于導電LM網絡的完美連接性和良好的可變形性。此外，由于PDMS層的保護作用，LM涂層對紡織品基材具有牢固的牢度，在經過10分鐘的超聲處理和100次剝離后，EMI屏蔽效率 不會明顯降低。這(zhe)項工作為開發(fa)用(yong)于高(gao)級EMI屏蔽應用的高伸縮性CT提供了一條新穎的途徑，特別是在高伸縮性電子設備領域。
④3D打(da)印
近年來，液(ye)態(tai)金(jin)屬在冷卻散(san)熱、電子印刷和(he)柔性電路乃至(zhi)生物醫學應(ying)用等方(fang)面均(jun)顯示出(chu)獨特的優勢。以(yi)低熔點液(ye)態(tai)金(jin)屬為成型材料的3D打印技術及相關設備可突破現有金屬3D打印材料的形狀和高溫限制，實現室溫條件下金屬與非金屬功能材料的復合打印，推動相應技術和設備的產業化。
目(mu)前通過(guo)印刷方式已能在(zai)各種(zhong)柔性(xing)、剛性(xing)基材甚至(zhi)人(ren)體(ti)皮膚上直(zhi)接制造出(chu)目標(biao)電(dian)路、元器件、集成電(dian)路和終端功能器件，對3D打印技(ji)術在智(zhi)能生(sheng)產和靈活制造領(ling)域中的(de)應用起(qi)到了很好的(de)推(tui)動作用。
⑤生(sheng)物醫學與健康技術
液態金(jin)屬還能用于解(jie)決一系列重大(da)生物(wu)醫學(xue)難題與(yu)瓶頸。其中，液態金(jin)屬(shu)神經連接與修(xiu)復調控技術因其獨創性而被視為“令人(ren)震驚(jing)的醫學突破”，由(you)此衍生出了系列(lie)化的神經(jing)調控(kong)技術；Wang 等創建的液態金屬高分辨血管造影術，采用相對簡單的方法解決了極為復雜的問題，且揭示細節足夠豐富。
液態金屬高分辨血(xue)管造(zao)影術
此外，液(ye)態金屬栓(shuan)塞血管治療腫瘤技術、堿(jian)金屬流體(ti)熱化學消融治療腫瘤法、注射(she)式(shi)低熔點金屬骨水泥、剛柔(rou)相濟(ji)型液(ye)態金屬外骨骼、印刷(shua)式(shi)液(ye)態金屬柔(rou)性防輻(fu)射(she)技術、植入(ru)式(shi)醫療電子(zi)在體(ti) 3D 打印與注射電子，液態金屬皮膚光熱轉換與電磁學、液態金屬醫學傳感技術等，也因嶄新學術理念和技術突破性而引起多方重視。
⑥柔性(xing)智能機器
科學家希望可以設計一種(zhong)能(neng)以(yi)可(ke)控方式在不同形(xing)態之(zhi)間自(zi)由轉換的柔(rou)性機(ji)器，用(yong)于代替人類執行(xing)更(geng)為(wei)特殊、更(geng)為(wei)復雜的任務，例如抗震救災或特(te)殊行動中，此類(lei)機器人可根(gen)據需要適時變形(xing)、穿過狹小空間(jian)、重新恢復原形(xing)以(yi)繼(ji)續執行任(ren)務。
中國研究團隊目(mu)前已在材料、器件、系(xi)統等方面逐步(bu)形成相應理論與技術體系(xi)。其中(zhong)的標志性進展之(zhi)一是首次揭示了(le)電場調控下液(ye)態金屬呈現出的一系(xi)列大尺度變(bian)形、旋轉、定向運(yun)動(dong)以及合并(bing)、斷裂–再合并行為，這成為后續研究液態金屬可變形機器人的開端。
外場(chang)調控的可變(bian)形液態金屬(shu)和可自主運動(dong)型液態金屬(shu)柔性機器
進一步發現(xian)了一種異常獨特的(de)現(xian)象和機(ji)制，即(ji)液態(tai)金屬可通過(guo)吞噬(shi)微(wei)量鋁(lv)形(xing)成自驅動全(quan)柔(rou)性機(ji)器(qi)，速(su)度達(da)(da)厘米每秒級、運行(xing)時間可達(da)(da)數小(xiao)時，實(shi)現(xian)了無(wu)需(xu)外部電力的(de)自主(zhu)運動。這(zhe)種自驅動液態(tai)金屬組(zu)成的(de)微(wei)馬達(da)(da)群可在(zai)電場中形(xing)成高(gao)速(su)的(de)協同運動。以上(shang)發現(xian)為研(yan)制實(shi)用化(hua)的(de)智能馬達(da)(da)、血管機(ji)器(qi)人、流體泵送系統、柔(rou)性執(zhi)行(xing)器(qi)乃至更為復(fu)雜的(de)液態(tai)金屬機(ji)器(qi)人奠(dian)定了重要理(li)論基礎。
資料來源(yuan)：
液態金屬科技與工業的崛起：進展(zhan)與機遇，劉靜。
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