液态金属已经崛起,首个国标颁布,万亿市场急需这种技术

新材料科技 2021-12-29

液态金属机器人

2869 字丨阅读本文需 8 分钟

随着科学技术水平的不断提高,智能机器人的出现给我们的生活带来了巨大的便利。目前许多智能机器人采用的是电气驱动为机器人的关节提供驱动力,但是这种电气驱动存在难以承受大载荷、常常需要在外部连接较大且笨重的传动装置,且电机还经常由于负载过高,造成工作温度偏高进而出现故障,对机器人系统整体影响很大。为了解决这些问题,人们发明了液压驱动关节式机器人,主要就是利用了液态金属这种材料。

液态金属是一系列低熔点金属以及合金材料的统称,在室温或较低的加热温度下呈液态并且兼具流动性,具有导电性强、高硬度、抗腐蚀、导热率高和高耐磨等特点,目前已被广泛运用于消费电子、航空航天、国防军工、3D打印、汽车和生物医疗等领域,市场潜力巨大。

1、人工肌肉

近日,中国科学技术大学的研究人员制备出了一种液态金属人工肌肉,这种人工肌肉有着正常生物肌肉的伸缩和弯曲等功能。利用这一技术,开发了一种能够自主游动的仿生单尾鳍机器鱼。这种机器鱼的游动速度能够达到10厘米/分钟,可以游动40分钟。

目前,我国已经有多所大学以及科研机构正在推进液态金属的研究,比如西安交通大学、清华大学、华中科技大学以及中国科学院理化技术研究所等。相应的,一些高科技公司也逐渐对液态金属的产业进行了相关布局,如云南靖创液态金属热控技术研发有限公司、北京梦之墨科技有限公司、深圳市启晟新材科技有限公司、云南科威液态金属谷研发有限公司以及宜安科技等,并已形成了一定的产业规模。

近年来,我国的液态金属行业在国家政策的利好和巨大的市场需求下,已经呈现出了良好的发展空间,液态金属系列产品已经开始批量远销至欧美等国家,在未来有着巨大的产业发展空间。相关企业和投资者应尽早抓住液态金属这一机遇,进入蓝海市场占领先机。

2、液态金属国标颁布

液态金属作为前沿新材料,是中国原创技术,来源于中科院理化所,2014年通过云南省“科技入滇”液态金属产业项目落户宣威。

中科院理化所研究员、科威公司总经理邓中山介绍:“液态金属在产业发展里,一开始是没有标准的,也就是说,是产业先行的,产业上我们从2013年开始就在云南这边开始转化,2015年正式投产,在这个过程中,国内外都没有相关的标准,没有标准,对产业来说,还是有比较大的制约作用,尤其是一些规范性方面。”

因为没有相关产品标准、检测标准,在液态金属产品市场开拓中,推广应用非常困难。为此,云南中宣液态金属科技有限公司积极协调,在各级各有关部门的重视推动和大力支持下,液态金属国家标准的制订得以列入议事日程。目前,《镓基液态金属》国家标准已制订完成,这是全国首个液态金属国家标准,该标准已于2021年3月正式颁布,从10月1日起开始施行,另外还有3项液态金属的国家标准正在立项制订中。

中科院理化所研究员、科威公司总经理邓中山表示:“目前镓基液态金属只是一个开始,未来,我们还会围绕各种有代表性的一些液态金属,包括一些具体产品、液态金属的一些检测方法,来开展标准制定,逐步形成液态金属标准体系。”

液态金属标准体系的制订完善不仅能指导和引领液态金属产业的规范发展,加快促进液态金属技术和产品的推广应用,还能更好地掌握液态金属行业发展的主导权和话语权。

3、金属材料中的新贵

液态金属是金属领域中少有的高利润产品,未来有可能逐渐替代现有的材料,并制造出突破性产品,能广泛应用于消费电子产品、锂电池、3D打印、柔性智能机器、血管机器人等领域。

液态金属强度是镁铝合金的10 倍以上,不锈钢、钛合金的2 倍以上;硬度同样是镁铝合金的10 倍以上,不锈钢、钛合金的1.5 倍以上。而密度适中,比不锈钢轻,比钛合金略重,以上特性,决定液态金属成为工程塑料、轻合金之后的3C 产品的第三代新材料。

新一轮科技革命和产业变革蓄势待发,其中一个突破口是新材料,液态金属作为主导未来高科技竞争的超级材料之一,有望催生万亿规模蓝海。

目前液态金属技术储备主要三个方向,第一个是带状,这个已经比较成熟了,第二个是块体非晶,还有一个就是做粉末。粉末有两个用途,一个是表面涂层,具有耐磨、防腐等功能,还有一个就是3D打印。

液态金属和粉末冶金相比,粉末冶金大概会有22%到24%的一个收缩率,而且横向收缩跟竖向收缩都不相同,液态金属的收缩率有些不同,大概是千分之2.5到千分之3.5左右,是非常可控的,所以液态金属的重复性都是非常好的。

4、液态金属应用领域广泛

液态金属的目前已经应用的案例有:轴承、铰链、SIM 卡托/SIM 卡针、夹具、高尔夫杆头、钟表结构件等,由于全球供应商太少,还没能形成大规模应用。消费电子之后,液态金属将在军工、工业、机器人、医疗、环保、航空等领域相继发力,前景不可限量。

液态金属因优越材料性能,Swatch、Omega 等手表高端品牌自2009 年开始在其产品中使用到液态金属。表内的数字和刻度由液态金属制成,它的无定形结构使其能够完美地附着于陶瓷表圈上,不会产生丝毫的缝隙。锆Zr 是液态金属合金的重要组成元素,也是二氧化锆(ZrO2)陶瓷材质的重要元素。因为两种材质的优异硬度,使得表圈完美滑顺,同时能够抵抗磨损与腐蚀。

在消费电子领域,液态金属最初为大家熟知的是苹果将其用作SIM 取卡针,因其高硬度、抗腐蚀、高耐磨等性能远超普通金属。国内的OPPO、Vivo、华为等公司的部分终端已经使用液态金属材质的SIM 卡托槽、转轴。随着液态金属大块成型工艺的成熟,液态金属有望在智能终端保护框架和内部结构件方面得到批量应用,液态金属时代将呼之欲出。

消费电子之外,未来液态金属在大块成型、提高非结晶度比率等技术将进一步提升,作为一种全新材料,液态金属的应用范围异常广阔。理论上,任何对强度、硬度、耐磨耐辐射、绝缘、高弹性等领域的复杂结构件都能利用液态金属替代,因此军工/工业/机器人/医疗/环保/航空等行业都将找到液态金属大量的应用场景。

美国麻省理工学院的科研人员发现,液态金属技术可以使受损的金属有可能进行大面积的自我修复。其愈合受损神经组织的能力也开始受到关注。有研究称,金属在人体内可保持人体常温,液态金属能应用于医学手术。这项创新技术未来或可用于修复人类神经组织,造福病人。

5、液态金属具有重大产业化前景

液态金属目前处于产业初创期,具有重大产业化前景。液态金属是一种高新技术材料,具有卓越的物理、化学和力学性能,是电力、电子、计算机、通讯等高新技术领域的关键材料,市场需求大,产业化前景非常广阔,而且它的发展和应用可带动一批相关领域的技术进步和协同发展。

在电子技术中,液态金属以其高效、低损耗、高导磁等优异的物理性能有力促进了电子元器件向高频、高效、节能、小型化方向的发展,并可部分替代传统的硅钢、坡莫合金和铁氧体等材料。可以预测,在未来的电子技术中液态金属将占据十分重要的位置。

宜安科技是全球液态金属领域产业化龙头,拥有全球最大规模生产锆基非晶合金的生产线。据公告,公司是行业内进行液态金属研发的先驱,具备从材料到设备和设计一体化的制造能力,也是全球唯一将液态金属应用在汽车行业的企业。

2018年块状非晶开始批量化生产,未来订单量有望持续增长。一是公司液态金属产品已经在新能源车、5G通讯、消费电子等领域与相关客户进行合作。生产的液态金属Face ID支架已向小米、OPPO、华为等国内知名手机厂商批量供货;公司生产的5G基站产品有滤波器,散热壳体等,目前与国人通讯等客户进一步合作,并与特斯拉、三星、蓝思科技、ABB等客户建立了合作关系。

新材料作为基础性和支柱性战略产业,是高新技术的先导。世界各国高度重视,纷纷出台政策大力扶持产业发展。我国政府更是如此,《中国制造2025》将新材料确定为十大重点领域之一,并在随后公布的《<中国制造2025>重点领域技术路线图(2015版)》中,明确产业需求、目标、重点产品及关键技术,确立新材料产业发展路线。

来源:掌上曲靖,瓦特科技,乐晴智库

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