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全球首创轻质液态金属
日期:2022-04-29 13:53:14浏览:0

液态金属,又称“非晶合金”或者“金属玻璃”,是一种具有类似液体状态下原子结构的固体,具有特殊的结构和性能,是一种革命性的新材料。和传统晶态材料相比,液态金属无空位、位错、晶界等缺陷,具有高强度、高硬度、高光洁度、高弹性、耐腐蚀和耐磨损等优异性能。目前,在全球研发的液态金属材料(有的已经实现量产,早在2010年,苹果新机iPhone4/4s 的SIM卡针使用的就是液态金属),在许多方面的性能表现都优于“材料之王”石墨烯。


而这次发布的研究成果,又将液态金属研究向前推进一大步,有望撼动石墨烯材料的霸主地位。对于这次的研究成果,文章的通讯作者、清华大学刘静教授表示:“此项研究有幸*次提出‘轻质液态金属物质’概念,具有基础性和普适意义。根据需要,轻质液态金属可以与其他物质相混合,从而赋予更多目标功能。总体上,液态金属以一种材料形式同时将许多尖端材料的功能集于一体(电、磁、声、光、热、机械、流体、化学),这是非常独特的。


研究中已展示的轻质液态金属,具备了许多优异功能,比如高导电性、 磁性、可变形、可组装叠加、高导热性、可在液态和固态之间灵活转换特性等。这些都是石墨烯的强项。石墨烯由于不易变成液体,这使其在许多应用场景上不及液态金属广泛,比如作为电子墨水、3D 打印材料、注射骨骼、外骨骼、机器人”。


提到液态金属,我们首先想到的肯定是水银。但水银对环境和身体有较大的损害也是众所周知,并且既然本质上是金属,就意味着有密度高、质量重的缺陷,必将大大限制其应用场景。以这篇研究论文所说的材料为例,这种镓铟共晶合金(Eutectic Galliumindium Alloys)本身密度高、质量重。其“轻质”的关键在于在镓铟共晶合金(Eutectic Galliumindium Alloys)基础上加入了特殊物质和结构的液态金属,使其密度可调范围为 0.448~2.010 g/cm3。这种材料接近完美:可塑性强、无害(良好的生物安全性)、密度轻,甚至比水的密度还小。


在这种镓铟共晶合金的制备过程,引入的神奇材料——空心玻璃微珠,这是一种具有中间镂空结构的超轻材料,就是论文中提到的 “K1” 型空心玻璃微珠,密度为 0.125g/cm3。刘静特别指出:“制造过程没有污染,包括液态合金制备、空心玻璃微珠以及各种功能物的加载等,相应材料有很多选项,且本文方法是基础底层方法,可扩展到较广范畴。”更神奇的是,在温度调节下该材料能保持良好的材料一致性和导电性,并可在完全柔软和坚硬的状态之间自由切换,将液态金属的特性发挥到了*。