液态金属

什么是液态金属

液态金属又称为非晶合金、金属玻璃，它是金2113属超急冷凝固时原子来不及有序排列结晶，而在室温或低温下保留液态原子无序排列的凝聚状态，这种非晶态原子结构使液态金属具备了许多独特的性能，如优异的耐蚀性、耐磨性、高强度、高硬度5261等。

相比传统金属，液态金属的优势体现在性能4102、工艺和成本三方面：

1.性能上，液态金属被认为是目前最硬的轻合金，且它在散热性、电磁屏蔽性等方面也表现出众。

2.工艺上，由于液态金属以非晶态冷却，收缩率非常小，可以通过注1653塑、压铸等工艺得到理想的形状，用液态金属做的零件尺寸精度非常高。

3.成本方面，液态金属是一种清洁材料内，生产过程中原料、产品等无毒副作用容，对环境影响小，且液态金属制品基本上是一次性成型，省却大量的后加工，是一种绿色的材料。

来源：《揭秘未来100大潜力新材料（2019年版）》_新材料在线

现在已经有除汞以外的、无毒液态金属了，是中科院理化所和清华大学刘静教授团来队研发的，通常指室温下成流体的不定型合金材料，广义自上定义为熔点在300℃以下的功能金2113属材料（低熔点合金）。该团队研发出的液态金属，好像其中就有镓（符号5261Ga,31号元素，熔点29.76℃）。

相较于传统的金属，液态金属最大的特色即是常温下液态，不具备传统金属所具有的力学性能4102，如强度、硬度等。但是又具有传统金属的电学性1653能、化学性能等。

目前由清华团队梦之墨来运营液态金属的领域应用

液态金属定义

常温下（一般指25℃）仅有一种液态金属就是2113汞，汞是化学元素，元素符号Hg。俗称水银。是常温常压下唯一以液态存在的金属元素周期表第80位，在化学元素周期表中位于第6周期、第IIB族。汞5261是银白色闪亮的重质液体，密度13.55。熔点-38.87℃，沸点356.58℃。化学性质稳定，不溶于酸也不溶于碱。汞常温下即可蒸发4102，汞蒸气和汞的化合物多有剧毒（慢性）。汞使用的历史很悠久，用途很广泛。在中世纪炼金术中与硫磺、盐1653共称炼金术神圣三元素。古代还有“白澒、姹女、澒、神胶、元水、铅精、流珠、元珠、赤汞、砂汞、灵液、活宝、子明”等别称。

从严格的意义专上说，在稍高室温下，镓（符号属Ga,31号元素，熔点29.76℃）和铯（符号Cs，55号元素，熔点28.44℃）也呈液态。但是比较稀少且很少以元素态存在。所以极少见。

液态金属是永久用的吗，电脑里的

中科院理化所的刘静教授研发的液态金属前期是在散热复方面的应用制，虽然液态金属会氧化，但是可以通过表面处理，例如封胶等，让其bai在室温下，长期保持流体状态。

之前有幸去过一次北京梦之墨公司，就是刘du静老师的液态金属产业化公司，其公司的液态金属工艺品还有柔性电路，zhi都是在室温下保持着液体dao状态和功能，表面有特殊处理

液态金属的技术

中国液态金属变形技术

《不同构象之间的液态金属多变形性》论文，揭示出室温液态金属具有可在不同形态和运动模式之间转换的普适变形能力。比如，浸没于水中的液态金属对象可在低电压作用下呈现出大尺度变形、自旋、定向运动，乃至发生液球之间的自动融合、断裂-再合并等行为，且不受液态金属对象大小的限制；较为独特的是，一块很大的金属液膜可在数秒内即收缩为单颗金属液球，变形过程十分快速，而表面积改变幅度可高达上千倍；此外，在外电场作用下，大量彼此分离的金属液球可发生相互粘连及合并，直至融合成单一的液态金属球；依据于电场控制，液态金属极易实现高速的自旋运动，并在周围水体中诱发出同样处于快速旋转状态下的漩涡对；若适当调整电极和流道，还可将液态金属的运动方式转为单一的快速定向移动。研究表明，造成这些变形与运动的机制之一在于液态金属与水体交界面上的双电层效应。以上丰富的物理学图景革新了人们对于自然界复杂流体、软物质特别是液态金属材料学行为的基本认识。这些超越常规的物体构象转换能力很难通过传统的刚性材料或流体介质实现，它们事实上成为用以构筑可变形智能机器的基本要素，为可变形体特别是液体机器的设计和制造开辟了全新途径。

成就

刘静小组的发现，为可变形材料特别是液体机器的设计和制造迈出了关键性的一步，一定程度上从理论和技术的层面论证了实现液态金属机器人的可能性；事实上，该研究已打开了系列已趋现实的应用范畴，如制造柔性执行器，控制目标流体或传感器的定向运动、金属液体回收，以及用作微流体阀、泵或更多人工机器等。若采用空间架构的电极控制，还可望将这种智能液态金属单元扩展到三维，以组装出具有特殊造型和可编程能力的仿生物或人形机器；甚至，在外太空探索中的微重力或无重力环境下，也可发展对应的机器来执行相应任务。

中国研制出世界首台自主运动可变形液态金属机器

原标题：中科院与清华联合研制出世界首台自主运动可变形液态金属机器

中国科学家造出了世界首台液态金属机器，这一成就被外媒形容为制造出“终结者”。

据中科院理化所网站，3月3日，由刘静研究员带领的中国科学院理化技术研究所、清华大学医学院联合研究小组，在AdvancedMaterials上发表了题为“Self-FueledBiomimeticLiquidMetalMollusk”(2015)的研究论文，迅速被NewScientist、Nature研究亮点、Science新闻等数十个知名科学杂志或专业网站专题报道，在国际上引起重要反响和热议。

此项研究于世界上首次发现了一种异常独特的现象和机制，即液态金属可在吞食少量物质后以可变形机器形态长时间高速运动，实现了无需外部电力的自主运动，从而为研制实用化智能马达、血管机器人、流体泵送系统、柔性执行器乃至更为复杂的液态金属机器人奠定了理论和技术基础。这是该小组继首次发现电控可变形液态金属基本现象(Shengetal.,AdvancedMaterials,2014,封面文章；Zhangetal.,ScientificReports,2014)之后的又一突破性发现。

这种液态金属机器完全摆脱了庞杂的外部电力系统，从而向研制自主独立的柔性机器迈出了关键的一步。文章被选为期刊内前封面故事，Altmetric计量学数据显示其指数已达71.0，远高于期刊平均值6.7，在同时期论文中则排名No.1。

研究揭示，置于电解液中的镓基液态合金可通过“摄入”铝作为食物或燃料提供能量，实现高速、高效的长时运转，一小片铝即可驱动直径约5mm的液态金属球实现长达1个多小时的持续运动，速度高达5cm/s。这种柔性机器既可在自由空间运动，又能于各种结构槽道中蜿蜒前行；令人惊讶的是，它还可随沿程槽道的宽窄自行作出变形调整，遇到拐弯时则有所停顿，好似略作思索后继续行进，整个过程仿佛科幻电影中的终结者机器人现身一般。

应该说，液态金属机器一系列非同寻常的习性已相当接近一些自然界简单的软体生物，比如：能“吃”食物（燃料），自主运动，可变形，具备一定代谢功能（化学反应），因此作者们将其命名为液态金属软体动物。这一人工机器的发明同时也引申出“如何定义生命”的问题。

目前，实验室根据上述原理已能制成不同大小的液态金属机器，尺度从数十微米到数厘米，且可在不同电解液环境如碱性、酸性乃至中性溶液中运动。试验和理论分析表明，此种自主型液态金属机器的动力机制来自两方面：一是发生在液态合金、金属燃料及电解液间的Galvanic电池效应会形成内生电场，从而诱发液态金属表面的高表面张力发生不对称响应，继而对易于变形的液态金属机器造成强大推力；与此同时，上述电化学反应过程中产生的氢气也进一步提升了推力。正是这种双重作用产生了超常的液态金属马达行为，这种能量转换机制对于发展特殊形态的能源动力系统也具重要启示意义。

可变形液态金属机器在内含电解液的容器或各种槽道中的自主运动情形

自主型液态金属机器所展示的人工软体动物、实物马达及其驱动流体情形

在迄今所发展的各种柔性机器中，自主型液态金属机器所表现出的变形能力、运转速度与寿命水平等均较为罕见，这为其平添了诸多重要用途。作为具体应用器件之一，论文还特别展示了首个无需外界电力的液态金属泵，通过将其限定于阀座内，可达到自行旋转并泵送流体的目的，据此可快速制造出大量微泵，满足诸如药液、阵列式微流体的输运等，成本极低；若将此类柔型泵用作降温，还可实现高度集成化的微芯片冷却器；进一步的应用可发展成血管或腔道机器人甚至是可自我组装的液态金属智能机器等。

刊载上述首创性发现的文章在线发表后，短时间内即引起世界范围内众多科学杂志、专业网站和新闻媒体的高度重视。NewScientist在第一时间以文章和精心制作的视频进行了报道：“液态金属朝可变形机器人迈进一步(Liquidmetalbringsshape-shiftingrobotastepcloser)”指出其“将成为今后电影中人工生命的种子(Suchliquidrobotswillbeaseedofartificiallifeseeninsomemovies)”；Nature杂志在其研究亮点栏目以“液态金属马达靠自身运动(Liquidmetalmotormovesbyitself)”为题进行了报道；Science网站发布观察文章和视频：“可变形金属马达拥有一系列用途(Shape-shiftingmetalmotorhasavarietyofuses)”；路透社也对此进行了专门报道。

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据初步统计，文章发表两周左右即已有数百个科学或专业网站对此进行了评介和转载，说明了本项研究工作的影响。

自驱动液态金属机器的问世引申出了全新的可变形机器概念，将显著提速柔性智能机器的研制进程。当前，全球围绕先进机器人的研发活动正处于如火如荼的阶段，若能充分发挥液态金属所展示出的各种巨大潜力，并结合相关技术，将引发诸多超越传统的机器变革。刘静小组关于液态金属自驱动效应和相应机器形态的发现，为今后发展高级的柔性智能机器人技术开辟了全新途径，具有十分重要的科学意义和实际应用价值。