液态金属的时代到来了吗,或成为科技巨头的新宠儿?

金属狂想曲 2023-04-19
2079 字丨阅读本文需 6 分钟

大家都知道,生活中的金属大多数都是固态,在木星和土星等气态行星中,气体的高温和高压条件使得其中的金属呈现液态,液体金属是一种在地球上很少见的物质,少数金属也可以做到,如汞、镓。如今液态金属的制备工艺日渐完善,液态金属的应用领域也越来越广泛,难道液态金属已经成为科技巨头的新宠儿?

“液态金属”的概念现在越来越火,但很多人对这样一种材料存在误解,没有相关的定义和认识。有人认为它是苹果手机的取卡针,有人却认为它是“终结者”,究竟何为“液态金属”。

在美国有家名叫LiquidMetal的材料生产商,生产的材料是非晶态合金(Amorphous Alloy),也叫做金属玻璃。在进入中国时,媒体根据这家生产商的名称直译后,原本的“非晶态合金”在国内的叫法就变成了“液态金属”。事实上,非晶合金与液态金属属于两种完全不同的概念,两者有着本质的差别。

液态金属的制备工艺

液态金属主要采用的是低温熔炼制备工艺,将不同的金属材料按照一定的配比,通过温度控制使其充分融合,从而形成新的金属材料。根据成分配比的不同,最终形成的液态金属材料将具备不同的功能属性。

与固体金属不同的是,液体金属的特殊性质源于其分子结构的特殊性质。

这种非晶态结构使得液体金属具有很高的可塑性和可变形性,可以被制成各种形状和尺寸的零件。

而液态金属还因为其不定型的液体形态,液体金属中的电子可以自由运动而具有极佳的电性能和热力学性能,是电学性能和热力学性能要求较高的行业首选,如电子制造行业、散热等。目前使用较多的就是电子增材制造及散热器。

当然,由于液态金属还具备很多其它特殊性能,如“吞噬效应”、“自驱动”、“变形变色”等,使其应用可扩展至生物医学、智能机器、国防应用等众多领域。

此外,液体金属还具有很好的耐腐蚀性,可以在恶劣的环境下使用,如高温、高压、强酸等。

液态金属的应用领域

在电子领域中,液体金属可以用于制造高效的散热器、电子芯片封装材料、电池电解液等。

在机械领域中,液体金属可以用于制造高精度的传感器、振动器、汽车零件等。

在医疗领域中,液体金属可以用于制造人工关节、心脏起搏器、内窥镜等医疗器械。

在航空航天领域中,液体金属可以用于制造火箭发动机、航天器外壳等。

尽管液体金属具有许多优异的性质和广泛的应用前景,但它也存在一些问题和挑战。

首先,液体金属的制备和加工技术比较复杂,需要高温高压等条件,成本较高。

其次,在液体金属的应用过程中,由于其非晶态结构和热膨胀系数的特殊性质,容易出现应力集中和疲劳裂纹等问题,需要特殊的设计和加工方法来解决。

2017年液态金属材料被收录进工信部、财政部和保监会共同组织编制的《重点新材料首批次应用示范指导目录(2017年版)》,其中液态金属被列为重点新材料。2018年10月国家统计局第15次常务会议通过的《战略性新兴产业分类(2018)》目录中,也将液态金属制造项目收入其中。液态金属材料及其应用正处于蓄势待发的阶段,将为众多领域带来新的变革。在产业逐渐成熟的液态金属行业,如果你不关注这个领域,很可能会和这个好玩儿又有潜力的材料擦肩而过。

目前液态金属多以镓、铟类合金为基础材料,再配以其他的功能材料进行复合以满足不同应用场景需求。该类材料科研方向目前主要以中科院、清华大学刘静老师的团队在推进,产业化工作大多还是由科技公司在进行,如北京梦之墨科技有限公司、云南中宣液态金属有限公司、云南科威液态金属有限公司等,并形成了一定的产业规模。

液态金属电子电路打印机

上图为北京梦之墨科技有限公司自主研发、设计、生产的液态金属电子电路打印机,使用特制的液态金属材料作为打印墨水,可以实现电子线路的快速打印。例如,打印一幅15厘米×10厘米的电路图,耗时仅为5~10分钟,大大提高了电路板的制作效率。同时打印材料及过程环保无污染,让“个人电子制造”成为可能。

北京梦之墨科技有限公司立足于全球领先的液态金属科技,致力于“为万物赋能,让创造触手可及”的宏伟愿景,围绕其世界首创的液态金属电子增材制造技术开展研究及产业化应用。液态金属电子增材制造技术这种所见即所得的电子打印/印刷模式为发展普惠型电子制造技术、重塑传统电子及集成电路制造规则提供了变革性途径,且制作过程快速、经济、环保。团队已申请300余项核心技术专利及PCT,具有完整自主知识产权体系。

液态金属在天文学中有着重要的意义

例如,在行星形成过程中,液态金属可以促进行星核心的形成和增长。

此外,恒星内部的液态金属也可以影响恒星的演化和行为,如形成磁场和引起恒星的活动等。

液态金属在地理学中也有着一定的意义

例如,在地球内部的外核中,铁和镍等金属元素在高温高压下呈现液态状态,形成地球的磁场。

地球磁场能够保护地球免受太阳风暴等宇宙射线的影响,对生命的存在和发展起着至关重要的作用。

此外,液态金属还能够参与地球内部的物质循环和地球表面的地貌变化等过程。

总之了解液态金属的形成原因和性质,会有助于更好地理解天体物理学和地球科学的相关领域。

在未来,液体金属的应用前景仍然非常广阔。随着科技的不断进步和液体金属制备技术的不断提高,液体金属将会在更多领域得到广泛应用。

同时,也需要我们继续探索液体金属的性质和特点,发掘其更多的应用潜力,为人类的科技进步和社会发展做出更大的贡献。

目前在美国的一些大学已经制造出柔性变形的无人机,可以折叠,可以揉搓,但是绝对不能切开,一旦切开以后,它就无法粘合了。而中国的变形金属小车,你把它切开以后,它还仍然可以粘在一起。而且它的驱动方式完全不需要动力系统的控制。这公领域的中国标准,也是国际标准,世界通用!

文章来源: v小铃,今日灞桥,仰慕汉武718

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