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邹小姐(jie)：13326633089 -
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只要学过初(chu)中化学的人都知道金属并(bing)不只有固体这一种形(xing)态，像“汞”，也就是水银，在常温下就会呈液态。不过除了汞以外，其实还有许多在常温下可流动的金属材料存在，他们统称为液态(tai)金(jin)属，又称低熔点金属，是一大类(lei)物理化学行(xing)为(wei)十分独(du)特的(de)新兴功能物质，由(you)于具有诸多新奇特性，因此液(ye)态金属为(wei)新兴科学与技术前沿提供了重(zhong)要(yao)启示和丰富(fu)的(de)研究空间(jian)。
常温下(xia)会流动的金属
一、液态(tai)金属(shu)的优势
常温液态金(jin)属虽然远不如固态金(jin)属被为(wei)人所知(zhi)，但得益于其优势(shi)——常温下可流动、导电性强、热学特性优异、易于实现固液转换，因沸点高（温度高达2300℃时仍处于液相）而不会像水那样沸腾乃至爆炸等，近年来其实取得了不少颠覆性发现和技术突破。
通常(chang)可供直接使(shi)用的常(chang)温液(ye)态金属种类比较有(you)限(xian)。自然界中常(chang)温下呈液(ye)态的纯金属主(zhu)要有(you)汞、镓(jia)、铯，熔点(dian)分(fen)别为−38.87℃、29.8℃、28.65℃。鉴于液态纯金属种类稀少，一般在实际中使用的是液态合金材料，需具备以下特点：①物理化学性能优良，如高热导率、电导率、低粘度等；②环境友好、无毒无害、非易燃易爆、易于回收利用，具有较低的蒸汽压和挥发性；③成本宜尽可能低。典型类型有镓(jia)基合(he)金(jin)、铋基合(he)金(jin)等。
二(er)、液态金属的制(zhi)备
目(mu)前关于(yu)液态金属(shu)的使用与研究主要(yao)集(ji)中在室(shi)温(wen)液态金属(shu)，主要(yao)采用的是熔炼制备工艺，大体制备过程如(ru)下：以高纯度的金属(shu)作为(wei)原材(cai)料(liao)，按照重(zhong)量的百分比选(xuan)取(qu)适量材(cai)料(liao)到容(rong)器(qi)(qi)中混合，用来混合的容(rong)器(qi)(qi)是要(yao)预(yu)先(xian)用去离子水(shui)清(qing)洗过的，原材(cai)料(liao)混合后，加(jia)热到一定温(wen)度直至金属(shu)熔化，再进行轻微搅拌，冷却至室(shi)温(wen)后即可得到新的合金材(cai)料(liao)。
根据金(jin)属材料(liao)成分和配比(bi)的不同(tong)，最终形成的液态金(jin)属材料(liao)将具备不同(tong)的功能与特性，比(bi)如(ru)与共(gong)晶Ga-In-Sn液态金属相比，共晶Ga-Sn-Zn液态金属的熔化温度和表面张力更高，而热膨胀系数、密度、黏度、导电率和导热系数更低。
三、液(ye)态金属的(de)应用
液(ye)态(tai)金属(shu)是一(yi)种不定(ding)型的、可流动的的金属(shu)，正是因为这种不定(ding)型的液(ye)体形态(tai)，使其具有极佳的电(dian)性能和热力(li)学(xue)性能，目前(qian)广泛应(ying)用于(yu)电(dian)池、电(dian)力(li)设备、生物医疗、3D打印和计算领域。
①热管理材(cai)料
随(sui)着微纳电子技术的(de)应用与(yu)发展(zhan)，高集成度芯片、器件与(yu)系统引发的(de)热障(zhang)问题(ti)成为制约各种高端应用的(de)普遍性难题(ti)。21世纪初，在芯片冷却领域引入了低熔点合金流体散热技术，经过近20年的发展后(hou)，常温液态(tai)金属冷(leng)却领域目前已建立了相(xiang)对完备的理论(lun)与应用(yong)技术体系(xi)。
除了在高功(gong)率密度(du)电(dian)(dian)子芯片、光电(dian)(dian)器件、国防装备极端散(san)热等方面有着重要应用价值外，液态金属冷却正(zheng)在逐(zhu)步拓展到(dao)消(xiao)费电子、低品(pin)位(wei)热能(neng)利用、光伏发电、能(neng)量储(chu)存、智能(neng)电网(wang)、高性能(neng)电池、发动(dong)机冷却(que)、热电转换(huan)等领域，如台式计(ji)算机(ji)、LED路灯、笔记本电(dian)脑(nao)、游戏机、高性能服务器(qi)等(deng)。
PlayStation 5 使用液态金(jin)属进行冷却，而不是导热(re)膏或蒸汽室解决方(fang)案
扩展阅读：
②液态金属(shu)电池(chi)
电化学储能技术被(bei)认(ren)为具有很好的(de)发展前景，但要投(tou)入实际应(ying)用的(de)话，电网储能技术必(bi)须要(yao)低价格(ge)、长寿(shou)命、高效(xiao)率和易规模化。针对(dui)这些问(wen)题，美国麻省理工学院(MIT)的研究小组提出了液态金属电池这一全新的大规模电化学储能技术。该技术能够较好地满足上述要求，由此引起了美国学术界、工业界及政府部门的广泛关注和报道。
液态金属电池的结构及(ji)原(yuan)理图
液态金属(shu)电池具有许多优良特性(xing)：①液态金(jin)属(shu)电(dian)(dian)(dian)极、熔融盐电(dian)(dian)(dian)解(jie)质及稳定的(de)(de)液液界(jie)面(mian)给予了液态金(jin)属(shu)电(dian)(dian)(dian)池优越(yue)的(de)(de)动力学传输(shu)特性，其界(jie)面(mian)电(dian)(dian)(dian)荷转移阻力小，使(shi)得电(dian)(dian)(dian)池可(ke)以在高的(de)(de)电(dian)(dian)(dian)流密度下以相对较高的(de)(de)电(dian)(dian)(dian)压效率运行；②液态金属电池采(cai)用3层液态自动分层的设计，简化了电池的组装，易实现电池的生产；③液(ye)态(tai)金(jin)(jin)属电极(ji)在(zai)循环(huan)过程中(zhong)其界(jie)面始终处于动(dong)态(tai)更新的(de)状态(tai)，避(bi)免了传统固态(tai)电极(ji)在(zai)长时间或者复杂工况下(xia)的(de)电极(ji)结(jie)构变化及枝晶(jing)生长等(deng)问题(ti)，从而使得液(ye)态(tai)金(jin)(jin)属电池(chi)具有超长理(li)论循环(huan)寿命(ming)。
③电磁屏蔽材(cai)料
导电纺织品(CTs)是(shi)有前途(tu)的电(dian)磁干扰(rao)屏蔽材料。然(ran)而，由于刚性导电(dian)网络，有限的可拉(la)伸(shen)性和差的可靠性限制了它们在(zai)(zai)可拉(la)伸(shen)电(dian)子(zi)设备中的潜在(zai)(zai)应(ying)用。Li-Chuan Jia等通过设计(ji)可变形(xing)的液态金属（LM）涂层和聚二甲基硅氧烷（PDMS）保护层，开发出了一种具有高度可拉伸性和可靠性的CT，以实现有效的EMI屏蔽。所得的PDMS-LM /纺织物在仅0.35毫米的厚度下具有72.6 dB的出色EMI屏蔽效率，同时在30％和50％的应变下分别保持66.0 dB和52.4 dB的EMI屏蔽效率。
优异且持久的EMI屏蔽效率应该归因于导电LM网络的完美连接性和良好的可变形性。此外，由于PDMS层的保护作用，LM涂层对纺织品基材具有牢固的牢度，在经过10分钟的超声处理和100次剥离后，EMI屏蔽效率 不(bu)会明显(xian)降低。这项工作为开发用(yong)于高级EMI屏蔽应用的高伸缩性CT提供了一条新颖的途径，特别是在高伸缩性电子设备领域。
④3D打印
近年(nian)来，液(ye)态金属在冷(leng)却(que)散(san)热、电子印刷和柔性电路乃(nai)至(zhi)生物医(yi)学(xue)应用等方面均显示出(chu)独特的(de)优势。以低(di)熔点(dian)液(ye)态金属为成型材料的(de)3D打印技术及相关设备可突(tu)破现(xian)有金属(shu)3D打印材料的形状和高温限制，实现室温条件下金属与非金属功能材料的复合打印，推动相应技术和设备的产业化。
目前通过(guo)印(yin)刷方式已(yi)能在(zai)各种(zhong)柔性、刚性基材甚至人体皮肤上直(zhi)接制造(zao)出目标电路、元(yuan)器(qi)件、集成电路和终端功能器(qi)件，对(dui)3D打印技术(shu)在智能(neng)生产和灵活制(zhi)造(zao)领域(yu)中的应用(yong)起(qi)到了(le)很好的推(tui)动作用。
⑤生(sheng)物(wu)医学与健康技术(shu)
液(ye)态金属还能(neng)用于解决一系列(lie)重大生物(wu)医学难题与瓶颈(jing)。其中，液(ye)态金属神经连(lian)接与修复调控(kong)技(ji)术(shu)因其独创(chuang)性而被视为“令(ling)人(ren)震惊的医学(xue)突破”，由此衍生出了系列(lie)化(hua)的神经(jing)调控技术；Wang 等创建的液态金属高分辨血管造影术，采用相对简单的方法解决了极为复杂的问题，且揭示细节足够丰富。
液态金(jin)属高分辨血管造影术
此外，液(ye)(ye)态(tai)金(jin)属(shu)栓塞血管治(zhi)疗(liao)肿瘤(liu)技术(shu)、碱金(jin)属(shu)流体热化学消融治(zhi)疗(liao)肿瘤(liu)法、注射式低(di)熔点金(jin)属(shu)骨水泥(ni)、刚柔相济(ji)型液(ye)(ye)态(tai)金(jin)属(shu)外骨骼、印刷式液(ye)(ye)态(tai)金(jin)属(shu)柔性(xing)防辐射技术(shu)、植入式医疗(liao)电子在体 3D 打印与注射电子，液态金属皮肤光热转换与电磁学、液态金属医学传感技术等，也因崭新学术理念和技术突破性而引起多方重视。
⑥柔(rou)性智(zhi)能机器
科学家希望可(ke)以设计一种能以(yi)可控(kong)方(fang)式在(zai)不同形(xing)态之间自由转(zhuan)换的(de)柔性机器，用于代替(ti)人(ren)类(lei)执行更为(wei)特殊(shu)、更为(wei)复杂的(de)任务，例如抗震救灾或特殊(shu)行动中，此(ci)类机器人可根据需要适时变形(xing)、穿(chuan)过狭小空(kong)间、重新恢复(fu)原形(xing)以继续执(zhi)行任务。
中(zhong)国研究团(tuan)队目前已在材(cai)料、器件(jian)、系统等方面(mian)逐(zhu)步形成相应(ying)理论与(yu)技术体系。其中的(de)标志性进展之一是首(shou)次揭示了(le)电场调控下液(ye)态金属呈现出的(de)一系列大尺度变(bian)形、旋转、定向(xiang)运动以及合并、断裂–再合并行为，这成为后续研究液态金属可变形机器人的开端。
外场调控的可变形(xing)液态(tai)金(jin)(jin)属(shu)和(he)可自主运动型液态(tai)金(jin)(jin)属(shu)柔性机器
进(jin)一步发现(xian)了(le)(le)一种异常独特的(de)现(xian)象和机(ji)制(zhi)，即液态(tai)金属(shu)可(ke)通过(guo)吞噬微量铝形成自驱(qu)动(dong)全(quan)柔(rou)(rou)性(xing)机(ji)器(qi)，速度达(da)厘米每秒(miao)级、运行时间可(ke)达(da)数小时，实现(xian)了(le)(le)无(wu)需外(wai)部电(dian)力的(de)自主(zhu)运动(dong)。这(zhei)种自驱(qu)动(dong)液态(tai)金属(shu)组成的(de)微马达(da)群可(ke)在电(dian)场(chang)中形成高(gao)速的(de)协同运动(dong)。以上发现(xian)为(wei)研(yan)制(zhi)实用化的(de)智(zhi)能马达(da)、血管机(ji)器(qi)人(ren)、流(liu)体泵送系统、柔(rou)(rou)性(xing)执行器(qi)乃至更为(wei)复杂的(de)液态(tai)金属(shu)机(ji)器(qi)人(ren)奠(dian)定(ding)了(le)(le)重要理论(lun)基础。
资料来源：
液态金属科技与工(gong)业的崛起：进展与机遇(yu)，刘静。
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