（文章來源：DeepTech）
電影《終結(jié)者》系列，為我們展示了一種由液態(tài)金屬組成的強(qiáng)大機(jī)器人：以 “終結(jié)者 T-X 型” 為代表，它們擁有著超強(qiáng)的塑形功能，能夠隨意變化外形，并且能快速恢復(fù)原貌。在現(xiàn)實生活中，影片里的液態(tài)金屬機(jī)器人仍未誕生，但作為一種神奇的材料，液態(tài)金屬因其優(yōu)秀的可塑性也被認(rèn)為是取代傳統(tǒng)電子行業(yè)中硬質(zhì)材料的新星。而且，這項技術(shù)也與一些聽起來就十分新潮的科技應(yīng)用息息相關(guān)，例如可穿戴電子的電路、可穿戴外骨骼的構(gòu)建以及柔性機(jī)器人等。

那么，液態(tài)金屬的研發(fā)如今走到了哪一步？最近一項由清華大學(xué)和中科院理化所團(tuán)隊帶來的研究頗讓人為之興奮。根據(jù)在 Advanced Functional Materials 雜志發(fā)表的論文 “Lightweight Liquid Metal Entity”，這個團(tuán)隊提出“輕質(zhì)液態(tài)金屬” 概念，并發(fā)明了一種前所未有的輕質(zhì)量液態(tài)金屬材料。而且，研究中所展示的液態(tài)金屬材料，在許多方面甚至優(yōu)于 “材料之王” 石墨烯。對于這次的研究成果，文章的通訊作者、清華大學(xué)劉靜教授對 DeepTech 表示：“此項研究有幸第一次提出‘輕質(zhì)液態(tài)金屬物質(zhì)‘概念，具有基礎(chǔ)性和普適意義。

根據(jù)需要，輕質(zhì)液態(tài)金屬可以與其他物質(zhì)相混合，從而賦予更多目標(biāo)功能。總體上，液態(tài)金屬以一種材料形式同時將許多尖端材料的功能集于一體（電、磁、聲、光、熱、機(jī)械、流體、化學(xué)），這是比較獨特的。研究中已展示的輕質(zhì)液態(tài)金屬，具備了許多功能，比如高導(dǎo)電性、 磁性、可變形、可組裝疊加、高導(dǎo)熱性、可在液態(tài)和固態(tài)之間靈活轉(zhuǎn)換特性等。這些是有機(jī)物不易具備之處，也大多不是石墨烯的特性。石墨烯由于不易變成液體，這使其在許多場合上的應(yīng)用不及液態(tài)金屬，比如作為電子墨水、3D 打印材料、注射骨骼、外骨骼、機(jī)器人”。

說起液態(tài)金屬你應(yīng)該不會陌生，例如水銀，就是許多人最熟悉的常溫下呈現(xiàn)液態(tài)的金屬了。水銀也因為它的流動性和熱學(xué)特性才廣泛使用于溫度計和血壓計中。不過，諸如水銀這樣的液態(tài)金屬，對于環(huán)境和人體健康有較大的損害，這大大限制了它的應(yīng)用范圍。而且，一般金屬的密度都比較大，如果在產(chǎn)品中加入大量的液態(tài)金屬可能會使得產(chǎn)品難以攜帶，這也成為液態(tài)金屬不便應(yīng)用的一個瓶頸。所以，科學(xué)家們一直渴望的完美的液態(tài)金屬，應(yīng)當(dāng)可塑性高，對環(huán)境無害，并且密度很輕。

這樣一種近似 “完美” 的液態(tài)金屬正在離我們越來越近。在這次的團(tuán)隊研究成果中，一種以鎵銦共晶合金（Eutectic Galliumindium Alloys）為基礎(chǔ)并加入了特殊物質(zhì)和結(jié)構(gòu)的液態(tài)金屬，其密度可調(diào)范圍為 0.448~2.010 g/cm3，甚至比水的密度還低。而且不同于水銀，鎵銦共晶合金具有良好的生物安全性。

對于鎵銦共晶合金的制備過程，劉靜特別指出：“該材料的制造過程沒有污染，包括液態(tài)合金制備、空心玻璃微珠以及各種功能物的加載等，相應(yīng)材料有很多選項，且本文方法是基礎(chǔ)底層方法，可擴(kuò)展到較廣范疇?！备衿娴氖?，在溫度調(diào)節(jié)下該材料能保持良好的材料一致性和導(dǎo)電性，并可在完全柔軟和堅硬的狀態(tài)之間自由切換。但是，從本質(zhì)上來說，鎵銦共晶合金還是金屬合金，文中通過將質(zhì)量百分比分別為 75.5% 的鎵和 24.5% 銦均勻混合后在 150℃中攪拌 12 小時制成，密度大約為 6.5g/cm3，其實還遠(yuǎn)遠(yuǎn)稱不上輕盈。

如果要將密度降低到比水還輕，意味著要減小 70% 左右，而這樣的做法是前無古人的。研究團(tuán)隊此時引入了一種神奇的材料——空心玻璃微珠，這是一種具有中間鏤空結(jié)構(gòu)的超輕材料，例如文中提到的 “K1” 型空心玻璃微珠，密度為 0.125g/cm3。由于有空心的結(jié)構(gòu)存在，這種材料與鎵銦共晶合金結(jié)合之后能有效地減小材料的密度，并且通過調(diào)整兩種材料的占比，就能調(diào)節(jié)整體的密度。制成的材料名為“空心玻璃微珠 - 鎵銦共晶合金”，簡稱為“GB-eGaIn”，十分輕盈，甚至能夠像露珠一樣停留在葉面之上。

基于如此思路合成的 GB-eGaIn，還具有優(yōu)秀的可塑性及可重構(gòu)性，可以先合成平面材料，然后經(jīng)過類似 “折紙” 的操作，制作想要的結(jié)構(gòu)。除此之外，GB-eGaIn 還能利用模具制作復(fù)雜的三維結(jié)構(gòu)，例如下圖中由 GB-eGaIn 制成的 “小馬” 和“三潭印月”。開創(chuàng)性地提出了加入空心玻璃微珠制作符合液態(tài)金屬材料的思路之后，功能化液態(tài)金屬材料的大門也得以打開。除了制作復(fù)雜結(jié)構(gòu)，研究團(tuán)隊就發(fā)現(xiàn)，通過對輕質(zhì)液態(tài)金屬材料進(jìn)行再加工，例如添加一些有特殊性質(zhì)的材料（磁性材料等），還可以賦予液態(tài)金屬更多的功能性。

文中提到了添加磁性材料的簡單應(yīng)用，利用磁性材料可以控制 GB-eGaIn 在水中的浮沉以及定向運動。論文的最后一段，研究團(tuán)隊就提出，未來的研究方向可能為在空心玻璃微珠的空心結(jié)構(gòu)中加入磁性、電學(xué)特性等功能材料，能夠大大地增加液態(tài)金屬功能性。

劉靜還提出了更多的設(shè)想：“Glass Bubbles 可做成真空，厚薄度及尺寸等可調(diào)，沿此路線，甚至可實現(xiàn)能漂浮于空氣中的輕質(zhì)液態(tài)金屬，這會打開許多應(yīng)用的想象空間。本文展示的液態(tài)金屬物密度已覆蓋較大范圍，從水的幾分之一到數(shù)倍。實際上，除了 Glass Bubbles 外，各種各樣的外來物均可加載到液態(tài)金屬中形成輕質(zhì)材料，比如塑料、木材、輕金屬以及磁性、光學(xué)材料等等。本文方法開啟了一個研制輕質(zhì)液態(tài)金屬的方向和應(yīng)用?！?/p>

功能性材料最終的目的還是落在實際應(yīng)用層面。這種輕質(zhì)液態(tài)金屬材料，制程以及材料本身對于環(huán)境的影響也不大，在應(yīng)用層面來說應(yīng)當(dāng)是前途無限的。
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