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液態(tài)金屬發(fā)展現(xiàn)狀和特點(diǎn)
液態(tài)金屬指在室溫附近或更高一些的常溫下呈液態(tài)的金屬，又稱低熔點(diǎn)金屬。液態(tài)金屬最大的優(yōu)勢在于熔融后的塑形能力。由于其凝固過程的物理特性與普通金屬完全不同，使它的鑄造過程更加類似于塑料而非金屬，可以更方便的打造為各種形態(tài)的產(chǎn)品。在液態(tài)金屬中典型的有鎵基、鉍基金屬及其合金，因其安全無毒、性能卓越，正成為異軍突起的革命性材料；其他如汞、銫、鈉鉀合金等，雖在常溫下也處于液態(tài)，但具有毒性、放射性或危險性，在應(yīng)用上受到很大限制。與低熔點(diǎn)金屬形成對比的是，在高溫（如600~700℃）條件下才能呈現(xiàn)液態(tài)的金屬或其合金，稱為高熔點(diǎn)金屬，作為經(jīng)典冶金材料內(nèi)容已被廣泛研究。
在世界范圍內(nèi)，很長一段時間常溫液態(tài)金屬被忽視了。而近年來取得的顛覆性發(fā)現(xiàn)和技術(shù)突破，更多體現(xiàn)在揭示常溫液態(tài)金屬的基礎(chǔ)科學(xué)現(xiàn)象與重大應(yīng)用途徑方面。液態(tài)金屬在常溫下可流動、導(dǎo)電性強(qiáng)、熱學(xué)特性優(yōu)異、易于實(shí)現(xiàn)固液轉(zhuǎn)換，因沸點(diǎn)高（溫度高達(dá)2300℃時仍處于液相）而不會像水那樣沸騰乃至爆炸；可以說僅用單項(xiàng)材料就將諸多尖端功能材料的優(yōu)勢集于一體，有望突破許多傳統(tǒng)技術(shù)的應(yīng)用瓶頸，據(jù)此打開極為廣闊的產(chǎn)業(yè)應(yīng)用空間。
液態(tài)純金屬種類稀少，一般在實(shí)際中使用的是液態(tài)合金材料，需具備以下特點(diǎn)：
①物理化學(xué)性能優(yōu)良，如高熱導(dǎo)率、電導(dǎo)率、低粘度等；
②環(huán)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(fā)性；
③成本宜盡可能低。也因如此，阻礙液態(tài)金屬快速發(fā)展和應(yīng)用的瓶頸之一就是缺乏足夠多的可選材料以及對相應(yīng)材料屬性的認(rèn)識。
為改變這種現(xiàn)狀，國內(nèi)研究團(tuán)隊(duì)提出了液態(tài)金屬材料基因組計(jì)劃，旨在發(fā)現(xiàn)新的液態(tài)金屬功能材料，進(jìn)而解決材料種類短缺的問題。探索和發(fā)現(xiàn)更多的液態(tài)金屬復(fù)合材料以滿足日益增長的實(shí)際需求，這是領(lǐng)域研究的持續(xù)方向。
液態(tài)金屬應(yīng)用領(lǐng)域
（一）液態(tài)金屬先進(jìn)熱控與能源技術(shù)
隨著微納電子技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展，高集成度芯片、器件與系統(tǒng)引發(fā)的熱障問題成為制約各種高端應(yīng)用的普遍性難題。21世紀(jì)初，在芯片冷卻領(lǐng)域引入了低熔點(diǎn)合金流體散熱技術(shù)。經(jīng)過近20年的發(fā)展，常溫液態(tài)金屬冷卻領(lǐng)域已建立了相對完備的理論與應(yīng)用技術(shù)體系。液態(tài)金屬除了在高功率密度電子芯片、光電器件、國防裝備極端散熱等方面有著重要應(yīng)用價值外，正在逐步拓展到消費(fèi)電子、低品位熱能利用、光伏發(fā)電、能量儲存、智能電網(wǎng)、高性能電池、發(fā)動機(jī)冷卻、熱電轉(zhuǎn)換等領(lǐng)域。
（二）液態(tài)金屬印刷電子與3D打印
傳統(tǒng)電子制造工藝繁多，涉及多個環(huán)節(jié)，消耗了大量的原料、水、氣和能源。為改變這一現(xiàn)狀，我國學(xué)者首次提出了液態(tài)金屬印刷電子學(xué)、室溫金屬3D打印等創(chuàng)新思想。液態(tài)金屬印刷電子學(xué)與室溫3D金屬打印方法的建立，使得個性化功能器件的快速制造成為可能，降低了高端制造的門檻，有望普及推廣到大眾百姓。
（三）液態(tài)金屬生物醫(yī)學(xué)與健康技術(shù)
在生物醫(yī)學(xué)與健康技術(shù)領(lǐng)域，獨(dú)特的液態(tài)金屬帶來了觀念性變革。中國研究團(tuán)隊(duì)率先將液態(tài)金屬用于解決一系列重大生物醫(yī)學(xué)難題與瓶頸，系統(tǒng)地提出并構(gòu)建了液態(tài)金屬生物醫(yī)學(xué)材料學(xué)新領(lǐng)域，研究成果引發(fā)國際性反響。其中，液態(tài)金屬神經(jīng)連接與修復(fù)調(diào)控技術(shù)因其獨(dú)創(chuàng)性而被視為“令人震驚的醫(yī)學(xué)突破”。
（四）液態(tài)金屬柔性智能機(jī)器
學(xué)術(shù)界普遍認(rèn)為，軟體機(jī)器人技術(shù)一旦突破，必將顯著影響高端制造、醫(yī)療康復(fù)、國防裝備等領(lǐng)域。從構(gòu)建全新體系的理念出發(fā)，中國研究團(tuán)隊(duì)開創(chuàng)性提出了不同于傳統(tǒng)的液態(tài)金屬軟體機(jī)器人技術(shù)路徑，在材料、器件、系統(tǒng)等方面逐步形成相應(yīng)理論與技術(shù)體系。結(jié)合液態(tài)金屬與剛性材料，還可實(shí)現(xiàn)固液組合機(jī)器。采用電控可變形旋轉(zhuǎn)的“液態(tài)金屬車輪”，可驅(qū)動3D打印的微型車輛，實(shí)現(xiàn)行進(jìn)、加速以及更多復(fù)雜運(yùn)動。
整體來看，液態(tài)金屬衍生出了全新的可變形機(jī)器概念，將顯著提速柔性智能機(jī)器的研制進(jìn)程。鑒于這些發(fā)現(xiàn)的突破性，相應(yīng)成果在國際上引發(fā)較大反響，先后得到Nature、Nature Materials、Science News、New Scientist、Chemistry World等的評介，且液態(tài)金屬機(jī)器人被列為機(jī)器人領(lǐng)域最具發(fā)展?jié)摿Φ氖蠓较蛑弧?/p>
參考文獻(xiàn)：
劉靜. 液態(tài)金屬科技與工業(yè)的崛起：進(jìn)展與機(jī)遇
深度行業(yè)研究. 液態(tài)金屬：金屬新材料中的新貴
知領(lǐng). 液態(tài)金屬科技與工業(yè)的崛起
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