液态金属：打开传统技术的变革大门
科研人员进行了液态金属流动性的展示。近期，清华大学携手中国科学院理化技术研究所的研究团队，成功研发出一种新型水基液态金属，并呈现了其具备的类似生物组织与器官的节奏性活动，这一发现为人工生物组织的构建提供了崭新的物质资源。该研究成果已发表在《物质》期刊上。工信部与国务院国资委共同发布的首批前沿材料产业化重点发展指南中开yunapp体育官网入口下载手机版，液态金属被明确列入。伴随着室温液态金属在各个领域的革命性应用，这类此前仅限于零星研究或特定领域关注的材料，如今正逐步为公众所熟知。液态金属不仅催生了多项新的科学发现，同时也为传统技术的革新开辟了新的途径。刘静，作为该文章的通讯作者，同时也是清华大学的一名教授和中国科学院理化技术研究所的研究员，他指出：“金属这一物质，不仅在地壳中含量极为丰富开yun体育官网入口登录app，而且在工业应用中占据着至关重要的地位。在元素周期表中，共有118种元素，其中超过90种被归类为金属。这些金属普遍具有相对较高的熔点，在常温下通常以固态形式存在。”在元素周期表中，我们可以发现某些金属具有独特的性质，它们的熔点相对较低，例如铷、铯、钫、汞和镓。这些熔点接近室温的金属或合金材料，我们通常称之为室温液态金属。李润伟，中国科学院宁波材料技术与工程研究所的研究员，向科技日报的记者阐述道，铷、铯、钫的辐射特性及其强烈的化学活性，以及汞的挥发性及其剧毒，均对其在现实生活中的使用造成了限制。与此同时，镓、铋、铟、锡等金属及其合金，作为液态金属材料，在研究和应用领域内受到了广泛关注和普遍使用。李润伟指出，这种液态金属在常温状态下，不仅具备了类似水的可塑性和可重塑性，还具有金属的高导电性和导热性。它属于一种物理和化学特性都极为独特的功能性材料，在基础科学研究以及前沿技术发展领域，都蕴藏着巨大的探索潜力。他详细阐述道，以镓为例，这种金属拥有非常宽广的液态区间（熔点为29.76摄氏度、沸点高达2403摄氏度）、极低的饱和蒸汽压、无毒性以及良好的生物相容性等显著特性。再者，液态金属展现出惊人的表面张力，以镓为基础的液态金属表面张力大约是水的十倍，这种巨大的表面张力使得液态金属更倾向于形成球形液滴。镓基液态金属的另一显著特性是它极容易氧化，进而生成纳米级的氧化物层。当这层氧化膜，即所谓的“皮肤”，一旦形成，其表面张力便会显著下降。然而，一旦去除氧化层，高表面张力便会迅速恢复。借助电或化学方法，我们可以调节液滴的表面张力，从而实现液滴的大规模变形、定向移动以及渗透等效果。此外，氧化层“皮肤”不仅赋予了镓基液态金属流体特性，还提升了其机械性能，并且改变了其润湿和粘附特性，从而为液态金属电子器件的图案化制造提供了可能。在推动新技术应用体系构建的今天，液态金属正成为推动新一代信息技术、新能源、先进制造以及生物医学等领域创新发展的关键因素。邓中山，中国科学院理化技术研究所液态金属研究中心的负责人，曾于2002年向世人宣告，我国科研团队率先提出利用低熔点金属，尤其是以镓为基础的液态金属流体，来实现芯片的冷却功能。这一创举标志着室温下高安全性液态金属在基础研究与应用领域的崭新篇章正式拉开。我国在此之后，陆续在功能材料、热控与能源、印刷电子与3D打印、生物医学、可变形机器等多个领域对液态金属进行了深入研究。我们系统地构建了这些领域的理论框架和应用技术体系开元ky888棋牌官网版，成功创立了液态金属工业，并不断推动其进步。这样，液态金属便从原本的冷门学科转变为了备受关注的科技前沿领域。邓中山指出，液态金属这一材料，因其具备流动性、出色的导热性能以及高体积相变潜热，为先进的散热技术带来了革命性的变化。经过浸润性改性的液态金属制备的热界面材料，其热阻显著低于目前使用的硅脂基热界面材料；以液态金属作为流体散热介质，其换热系数大大超过了现有液冷技术所能实现的换热系数；采用液态金属（低熔点合金）作为相变热控材料，它展现出传热速度快、单位体积相变潜热高、相变材料内部温度梯度小、相变前后体积变化微小的明显优点。邓中山评价指出，凭借其综合优势，液态金属有潜力成为超高功率密度散热材料的理想选择，进而推动全新技术应用体系的形成。同时，鉴于液态金属的液体导电特性，它可通过印刷（涂布）技术被制成柔性、薄膜轻质、表面共形的电子线路和器件，且这种特性使其有望与大规模生产技术相融合。液态金属能够与其它材料相结合，应用于“刚柔并济”的机器人制造，从而开创先进机器人技术的全新理念。目前，全球科技正站在革命性变革的新起点上，液态金属被誉为催生创新成果与科技革新的“科技巨舰”。刘静这样介绍道。李润伟指出，这种新型材料凭借其独特的性质，在多个行业领域展现出了巨大的应用潜力，成为了一种具有深远工业应用价值及国家战略地位的新兴材料。尽管早在2000年之前，美国和日本就已经开始了对液态金属的研究工作，但那时的研究重点主要集中在汞和钠钾合金等材料上，目的是为了解决诸如核反应堆散热等特定领域的问题。此外，液态金属也是我国资源优势较为明显的材料之一。镓基合金、铋基合金等的研究与广泛应用起源于我国，自本世纪初起，这种材料的应用已逐步拓展至我国的热控能源、电子制造、生物医疗、柔性机器人、化学化工、机械加工等众多工业领域。李润伟指出：“目前，我国在液态金属及其器件的应用领域已构建起较为完善的布局，并形成了包括基础研究、应用研发和产业推广在内的完整体系。”邓中山指出，近期我国液态金属产业实现了迅猛发展，国际地位显著提升，处于世界前沿，成功培育了一批既处于全球领先地位又填补行业空白的液态金属高新技术公司。李润伟亦指出，伴随着云南液态金属谷产业集群的逐步形成，北京梦之墨、宁波韧和科技等企业的崭露头角，我国在液态金属的工业化应用验证、国家标准制定、弹性传感器技术等方面已展现出独特的优势。这些企业和研究机构的辛勤付出，推动了液态金属在工业及商业领域的应用取得显著成就，为我国液态金属领域的发展带来了新的活力。（原载于《科技日报》 2023-11-28 06版）
