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鄒小姐：13326633089 -
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只要學過初中化學的人都知道金屬并不只有固體這一種形態，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，又稱低熔點金屬，是一大類物理化學行為十分獨特的新興功能物質，由于具有諸多新奇特性，因此液態金屬為新興科學與技術前沿提供了重要啟示和豐富的研究空間。
常溫下會流動的金屬
一、液態金屬的優勢
常溫液態金屬雖然遠不如固態金屬被為人所知，但得益于其優勢——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。
通常可供直接使用的常溫液態金屬種類比較有限。自然界中常溫下呈液態的純金屬主要有汞、鎵、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。典型類型有鎵基合金、鉍基合金等。
二、液態金屬的制備
目前關于液態金屬的使用與研究主要集中在室溫液態金屬，主要采用的是熔煉制備工藝，大體制備過程如下：以高純度的金屬作為原材料，按照重量的百分比選取適量材料到容器中混合，用來混合的容器是要預先用去離子水清洗過的，原材料混合后，加熱到一定溫度直至金屬熔化，再進行輕微攪拌，冷卻至室溫后即可得到新的合金材料。
根據金屬材料成分和配比的不同，最終形成的液態金屬材料將具備不同的功能與特性，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
液態金屬是一種不定型的、可流動的的金屬，正是因為這種不定型的液體形態，使其具有極佳的電性能和熱力學性能，目前廣泛應用于電池、電力設備、生物醫療、3D打印和計算領域。
①熱管理材料
隨著微納電子技術的應用與發展，高集成度芯片、器件與系統引發的熱障問題成為制約各種高端應用的普遍性難題。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，常溫液態金屬冷卻領域目前已建立了相對完備的理論與應用技術體系。
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用價值外，液態金屬冷卻正在逐步拓展到消費電子、低品位熱能利用、光伏發電、能量儲存、智能電網、高性能電池、發動機冷卻、熱電轉換等領域，如臺式計算機、LED路燈、筆記本電腦、游戲機、高性能服務器等。
PlayStation 5 使用液態金屬進行冷卻，而不是導熱膏或蒸汽室解決方案
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②液態金屬電池
電化學儲能技術被認為具有很好的發展前景，但要投入實際應用的話，電網儲能技術必須要低價格、長壽命、高效率和易規模化。針對這些問題，美國麻省理工學院(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。
液態金屬電池的結構及原理圖
液態金屬電池具有許多優良特性：①液態金屬電極、熔融鹽電解質及穩定的液液界面給予了液態金屬電池優越的動力學傳輸特性，其界面電荷轉移阻力小，使得電池可以在高的電流密度下以相對較高的電壓效率運行；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液態金屬電極在循環過程中其界面始終處于動態更新的狀態，避免了傳統固態電極在長時間或者復雜工況下的電極結構變化及枝晶生長等問題，從而使得液態金屬電池具有超長理論循環壽命。
③電磁屏蔽材料
導電紡織品(CTs)是有前途的電磁干擾屏蔽材料。然而，由于剛性導電網絡，有限的可拉伸性和差的可靠性限制了它們在可拉伸電子設備中的潛在應用。Li-Chuan Jia等通過設計可變形的液態金屬（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。這項工作為開發用于高級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打印
近年來，液態金屬在冷卻散熱、電子印刷和柔性電路乃至生物醫學應用等方面均顯示出獨特的優勢。以低熔點液態金屬為成型材料的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。
目前通過印刷方式已能在各種柔性、剛性基材甚至人體皮膚上直接制造出目標電路、元器件、集成電路和終端功能器件，對3D打印技術在智能生產和靈活制造領域中的應用起到了很好的推動作用。
⑤生物醫學與健康技術
液態金屬還能用于解決一系列重大生物醫學難題與瓶頸。其中，液態金屬神經連接與修復調控技術因其獨創性而被視為“令人震驚的醫學突破”，由此衍生出了系列化的神經調控技術；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。
液態金屬高分辨血管造影術
此外，液態金屬栓塞血管治療腫瘤技術、堿金屬流體熱化學消融治療腫瘤法、注射式低熔點金屬骨水泥、剛柔相濟型液態金屬外骨骼、印刷式液態金屬柔性防輻射技術、植入式醫療電子在體 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柔性智能機器
科學家希望可以設計一種能以可控方式在不同形態之間自由轉換的柔性機器，用于代替人類執行更為特殊、更為復雜的任務，例如抗震救災或特殊行動中，此類機器人可根據需要適時變形、穿過狹小空間、重新恢復原形以繼續執行任務。
中國研究團隊目前已在材料、器件、系統等方面逐步形成相應理論與技術體系。其中的標志性進展之一是首次揭示了電場調控下液態金屬呈現出的一系列大尺度變形、旋轉、定向運動以及合并、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。
外場調控的可變形液態金屬和可自主運動型液態金屬柔性機器
進一步發現了一種異常獨特的現象和機制，即液態金屬可通過吞噬微量鋁形成自驅動全柔性機器，速度達厘米每秒級、運行時間可達數小時，實現了無需外部電力的自主運動。這種自驅動液態金屬組成的微馬達群可在電場中形成高速的協同運動。以上發現為研制實用化的智能馬達、血管機器人、流體泵送系統、柔性執行器乃至更為復雜的液態金屬機器人奠定了重要理論基礎。
資料來源：
液態金屬科技與工業的崛起：進展與機遇，劉靜。
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