液态金属,被世界视为人类利用金属的第二次革命,在航空航天、精密机械、消费电子、医疗、3D打印等众多领域有着广泛的应用前景。
液态金属
但让欧美发达国家意想不到的是,目前我国在液态金属产业转化方面进入快速发展阶段,已孵化出一系列在世界上处于领先地位或填补空白的液态金属高新技术企业。
何为液体金属?其有什么过人的力量吗?
液态金属,顾名思义,就是在常温情况下液态的金属。目前,在元素周期表的118个元素中,只有5种液态金属,他们分别是镓、汞、铷、铯、钫。
5种金属中,汞最为人所知,其现代最典型应用是基于液态汞的体温计、血压计、电极、旋转镜面天文望远镜。
基于气态汞的日光灯,但由于汞在常温下极易弥散出剧毒性蒸气,致使其制作和使用存在大的风险,因而在日常生活中正逐步被禁用。
铷、铯、钫具有放射性,三者与钠钾合金(K78Na22,熔点-11ºC)均极为活泼,易于与水甚至冰发生剧烈反应,产生爆炸,因而只能用在特殊场合。
在整个周期表中,镓的安全无毒和综合优势都是极为罕见的,其巨大而广泛的应用价值与已有声望并不相符,可以说是最被严重忽视的元素之一,今天许多关于液态金属的研究与应用正是从镓开始。
液态金属应用很广泛,在高端散热、电子工程、动态磁旋技术、纳米材料、生物医学、空间科学等方面都有很大的应用。
01 高端散热
液态金属打破了器件的“热障”问题,在使用低熔点金属如镓或其合金,其导热系数比传统冷却剂大得多,在较宽温度范围内能保持液相,是一系列极端散热的终极选择。当前典型方向为:一是作为热界面材料,降低相邻接触物体之间的导热阻力;二是作为流动冷却剂,显著强化对流传热;三是液态金属与匹配溶液实现混合冷却;四是低熔点金属用于相变吸热或储能;五是助力高通量芯片冷却或热管理等。
液态金属散热技术
云南靖创液态金属热控技术研发有限公司等企业在云南打造液态金属谷产业集群,其开发的导热液态金属原材料,在印刷电子生产中得到广泛的应用的。
02 变形“金刚”
液态金属以无形著称,其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,从而研制出实用化智能马达、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。
液态技术机器人
中宣液态公司与中科院理化所刘静团队合作,基于液态金属多种独特的运动现象来开展液态金属软体机器人的研究,为公司长远发展进行技术储备。
03 生物医学
2013年,中科院理化技术研究所液态金属项目落地宣威市虹桥工业园区,成立中宣液态金属科技有限公司。
2020年7月,中宣公司生产的液态金属骨外科固定支架,在曲靖市第一人民医院,用于治疗关节粉碎性骨折的患者,这是液态金属在医学领域从理论到实践的一次突破,取得的巨大的成功,意义重大。
此次使用的液态金属骨科外固定支架,具有低温软化、贴身塑形、穿戴便捷、轻便透气等特点,兼具石膏(高分子)绷带、夹板、护具的功能。
在运动功能障碍的人群中,具有极好的辅助支撑及康复治疗功能。
总结,随着液态金属技术的广泛开发和应用,将造福于人类,为未来的发展贡献力量。
文/文旅
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