只要学过初中化学的人都知道金属并不只有固体这一种形态，像“汞”，也就是水银，在常温下就会呈液态。不过除了汞以外，其实还有许多在常温下可流动的金属材料存在，他们统称为液态金属，又称低熔点金属，是一大类物理化学行为十分独特的新兴功能物质，由于具有诸多新奇特性，因此液态金属为新兴科学与技术前沿提供了重要启示和丰富的研究空间。

常温下会流动的金属

一、液态金属的优势

常温液态金属虽然远不如固态金属被为人所知，但得益于其优势——常温下可流动、导电性强、热学特性优异、易于实现固液转换，因沸点高（温度高达2300℃时仍处于液相）而不会像水那样沸腾乃至爆炸等，近年来其实取得了不少颠覆性发现和技术突破。

通常可供直接使用的常温液态金属种类比较有限。自然界中常温下呈液态的纯金属主要有汞、镓、铯，熔点分别为−38.87℃、29.8℃、28.65℃。鉴于液态纯金属种类稀少，一般在实际中使用的是液态合金材料，需具备以下特点：①物理化学性能优良，如高热导率、电导率、低粘度等；②环境友好、无毒无害、非易燃易爆、易于回收利用，具有较低的蒸汽压和挥发性；③成本宜尽可能低。典型类型有镓基合金、铋基合金等。

二、液态金属的制备

目前关于液态金属的使用与研究主要集中在室温液态金属，主要采用的是熔炼制备工艺，大体制备过程如下：以高纯度的金属作为原材料，按照重量的百分比选取适量材料到容器中混合，用来混合的容器是要预先用去离子水清洗过的，原材料混合后，加热到一定温度直至金属熔化，再进行轻微搅拌，冷却至室温后即可得到新的合金材料。

根据金属材料成分和配比的不同，最终形成的液态金属材料将具备不同的功能与特性，比如与共晶Ga-In-Sn液态金属相比，共晶Ga-Sn-Zn液态金属的熔化温度和表面张力更高，而热膨胀系数、密度、黏度、导电率和导热系数更低。

三、液态金属的应用

液态金属是一种不定型的、可流动的的金属，正是因为这种不定型的液体形态，使其具有极佳的电性能和热力学性能，目前广泛应用于电池、电力设备、生物医疗、3D打印和计算领域。

①热管理材料

随着微纳电子技术的应用与发展，高集成度芯片、器件与系统引发的热障问题成为制约各种高端应用的普遍性难题。21世纪初，在芯片冷却领域引入了低熔点合金流体散热技术，经过近20年的发展后，常温液态金属冷却领域目前已建立了相对完备的理论与应用技术体系。

除了在高功率密度电子芯片、光电器件、国防装备极端散热等方面有着重要应用价值外，液态金属冷却正在逐步拓展到消费电子、低品位热能利用、光伏发电、能量储存、智能电网、高性能电池、发动机冷却、热电转换等领域，如台式计算机、LED路灯、笔记本电脑、游戏机、高性能服务器等。

PlayStation 5 使用液态金属进行冷却，而不是导热膏或蒸汽室解决方案

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《改变散热行业的液态金属导热剂！》

②液态金属电池

电化学储能技术被认为具有很好的发展前景，但要投入实际应用的话，电网储能技术必须要低价格、长寿命、高效率和易规模化。针对这些问题，美国麻省理工学院(MIT)的研究小组提出了液态金属电池这一全新的大规模电化学储能技术。该技术能够较好地满足上述要求，由此引起了美国学术界、工业界及政府部门的广泛关注和报道。

液态金属电池的结构及原理图

液态金属电池具有许多优良特性：①液态金属电极、熔融盐电解质及稳定的液液界面给予了液态金属电池优越的动力学传输特性，其界面电荷转移阻力小，使得电池可以在高的电流密度下以相对较高的电压效率运行；②液态金属电池采用3层液态自动分层的设计，简化了电池的组装，易实现电池的生产；③液态金属电极在循环过程中其界面始终处于动态更新的状态，避免了传统固态电极在长时间或者复杂工况下的电极结构变化及枝晶生长等问题，从而使得液态金属电池具有超长理论循环寿命。

③电磁屏蔽材料

导电纺织品(CTs)是有前途的电磁干扰屏蔽材料。然而，由于刚性导电网络，有限的可拉伸性和差的可靠性限制了它们在可拉伸电子设备中的潜在应用。Li-Chuan Jia等通过设计可变形的液态金属（LM）涂层和聚二甲基硅氧烷（PDMS）保护层，开发出了一种具有高度可拉伸性和可靠性的CT，以实现有效的EMI屏蔽。所得的PDMS-LM /纺织物在仅0.35毫米的厚度下具有72.6 dB的出色EMI屏蔽效率，同时在30％和50％的应变下分别保持66.0 dB和52.4 dB的EMI屏蔽效率。

优异且持久的EMI屏蔽效率应该归因于导电LM网络的完美连接性和良好的可变形性。此外，由于PDMS层的保护作用，LM涂层对纺织品基材具有牢固的牢度，在经过10分钟的超声处理和100次剥离后，EMI屏蔽效率 不会明显降低。这项工作为开发用于高级EMI屏蔽应用的高伸缩性CT提供了一条新颖的途径，特别是在高伸缩性电子设备领域。

④3D打印

近年来，液态金属在冷却散热、电子印刷和柔性电路乃至生物医学应用等方面均显示出独特的优势。以低熔点液态金属为成型材料的3D打印技术及相关设备可突破现有金属3D打印材料的形状和高温限制，实现室温条件下金属与非金属功能材料的复合打印，推动相应技术和设备的产业化。

目前通过印刷方式已能在各种柔性、刚性基材甚至人体皮肤上直接制造出目标电路、元器件、集成电路和终端功能器件，对3D打印技术在智能生产和灵活制造领域中的应用起到了很好的推动作用。

⑤生物医学与健康技术

液态金属还能用于解决一系列重大生物医学难题与瓶颈。其中，液态金属神经连接与修复调控技术因其独创性而被视为“令人震惊的医学突破”，由此衍生出了系列化的神经调控技术；Wang 等创建的液态金属高分辨血管造影术，采用相对简单的方法解决了极为复杂的问题，且揭示细节足够丰富。

液态金属高分辨血管造影术

此外，液态金属栓塞血管治疗肿瘤技术、碱金属流体热化学消融治疗肿瘤法、注射式低熔点金属骨水泥、刚柔相济型液态金属外骨骼、印刷式液态金属柔性防辐射技术、植入式医疗电子在体 3D 打印与注射电子，液态金属皮肤光热转换与电磁学、液态金属医学传感技术等，也因崭新学术理念和技术突破性而引起多方重视。

⑥柔性智能机器

科学家希望可以设计一种能以可控方式在不同形态之间自由转换的柔性机器，用于代替人类执行更为特殊、更为复杂的任务，例如抗震救灾或特殊行动中，此类机器人可根据需要适时变形、穿过狭小空间、重新恢复原形以继续执行任务。

中国研究团队目前已在材料、器件、系统等方面逐步形成相应理论与技术体系。其中的标志性进展之一是首次揭示了电场调控下液态金属呈现出的一系列大尺度变形、旋转、定向运动以及合并、断裂–再合并行为，这成为后续研究液态金属可变形机器人的开端。

外场调控的可变形液态金属和可自主运动型液态金属柔性机器

进一步发现了一种异常独特的现象和机制，即液态金属可通过吞噬微量铝形成自驱动全柔性机器，速度达厘米每秒级、运行时间可达数小时，实现了无需外部电力的自主运动。这种自驱动液态金属组成的微马达群可在电场中形成高速的协同运动。以上发现为研制实用化的智能马达、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奠定了重要理论基础。

资料来源：

液态金属科技与工业的崛起：进展与机遇，刘静。

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