在領(lǐng)先世界的液態(tài)金屬方面，我國(guó)科學(xué)家再次實(shí)現(xiàn)了新突破,。

近日,，中國(guó)科學(xué)院理化技術(shù)研究所雙聘研究員、清華大學(xué)醫(yī)學(xué)院生物醫(yī)學(xué)工程系教授劉靜團(tuán)隊(duì)首次提出「輕質(zhì)液態(tài)金屬」的概念,，研發(fā)出了密度低于水的液態(tài)金屬?gòu)?fù)合材料,，為打造液態(tài)金屬機(jī)器人奠定基礎(chǔ)。

據(jù)悉,，該團(tuán)隊(duì)名為 Lightweight Liquid Metal Entity（輕質(zhì)液態(tài)金屬）的論文已于 2020 年 2 月 17 日登上《先進(jìn)功能材料》（Advanced Functional Materials）期刊,。

密度低于水的液態(tài)金屬?gòu)?fù)合材料

「液態(tài)金屬」，是一種不定型,、可流動(dòng)液體的金屬,，可看作是由正離子流體和自由電子氣組成的混合物。作為可變形智能機(jī)器的基本要素,，液體金屬為可變形體（尤其是液體機(jī)器）的設(shè)計(jì),、制造開(kāi)辟了全新途徑。正如劉靜教授所說(shuō)：

柔性機(jī)器,、可變形機(jī)器在材料學(xué)和機(jī)器學(xué)中是一個(gè)非常重要的領(lǐng)域,，而柔性正是液態(tài)金屬特有的行為。

但同時(shí),，液態(tài)金屬的一個(gè)缺點(diǎn)在于密度較高,，這就意味著給機(jī)器增加了額外重量,，其便利性因而被削弱。

為解決這一問(wèn)題,，劉靜團(tuán)隊(duì)提出了「輕質(zhì)液態(tài)金屬」——一種由空心玻璃微珠（Glass Bubbles）和鎵銦共晶（eGaIn）組成的非常規(guī)超輕材料 GB-eGaln,。

下圖 a 為空心玻璃微珠結(jié)構(gòu)示意圖，b 為玻璃氣泡的真實(shí)照片（左）和顯微鏡照片（右）,。

[相同重量（10 g）的 eGaIn 和 GB-eGaln 的比較]

而 GB-eGaln 密度低于 2.010 g/cm3,，甚至可達(dá) 0.448 g/cm3，比水（密度 1 g/cm3）更輕——這是由于水和液態(tài)金屬對(duì)玻璃表面有不同的親和性,，當(dāng)接觸到水后,，GB-eGaln 內(nèi)部結(jié)構(gòu)會(huì)變?yōu)椴Ａ⒅?- 水（GB-water），這便引起了密度的變化,。

下圖為不同 eGaIn 體積百分比（? = 0%,，6%，12%,，18%,，24%，30%,，36%）的 GB-eGaIn 密度變化（K1,，Q25，Q46 為空心玻璃微珠的 3 個(gè)種類(lèi)）,。

在此基礎(chǔ)上,，研究團(tuán)隊(duì)還將 GB-eGaln 結(jié)合磁鐵，設(shè)計(jì)了浮力部件,，提供開(kāi)關(guān)和負(fù)載元件的功能,。研究團(tuán)隊(duì)表示，有望在不久的將來(lái)利用 GB-eGaln 制造出軟體機(jī)器人及智能水下裝置,。

中國(guó)領(lǐng)先世界的液態(tài)金屬

實(shí)際上,，我國(guó)在液態(tài)金屬方面領(lǐng)先世界，而與這一成就最密不可分的一個(gè)名字便是劉靜,。 

雷鋒網(wǎng)了解到,，劉靜教授是清華大學(xué)較早的一批直博生，1992 年本科畢業(yè)后開(kāi)始專(zhuān)攻生物傳熱學(xué),。

作為入選了中科院,、清華大學(xué) “百人計(jì)劃”的生物傳熱學(xué)專(zhuān)家，其研究方向包括低溫生物醫(yī)學(xué)工程學(xué),、常溫及高溫生物醫(yī)學(xué)工程學(xué),、微/納米流體與熱學(xué)技術(shù)、先進(jìn)熱管理技術(shù),、超常規(guī)能源技術(shù)等等,。2014 年 9 月,，劉靜教授更是在日本京都召開(kāi)的國(guó)際傳熱大會(huì)上獲得了每 4 年頒發(fā)一次，每次僅有 1 名獲獎(jiǎng)?wù)叩膫鳠釋W(xué)界“終身成就獎(jiǎng)”威廉·伯格獎(jiǎng)（The William Begell Medal）,。

2001 年,，劉靜教授的一個(gè)顛覆性想法“液態(tài)金屬在室溫下可以流動(dòng),，那么,，為何不能將其與芯片冷卻建立起關(guān)聯(lián)？”幫他打開(kāi)了“新世界的大門(mén)”,，隨后不斷引起世界轟動(dòng),。

劉靜團(tuán)隊(duì)近年來(lái)在液態(tài)金屬方面取得突破的大致時(shí)間線如下：

2013 年，首次發(fā)現(xiàn)電場(chǎng)控制下液態(tài)金屬與水的復(fù)合體可在各種形態(tài)及運(yùn)動(dòng)模式之間發(fā)生轉(zhuǎn)換的基本現(xiàn)象,；首次發(fā)現(xiàn)液態(tài)金屬在吞食少量鋁后,，能自主高速運(yùn)動(dòng)且能變形的奇異行為；通過(guò)把液態(tài)金屬做成打印“墨水”,，首次研發(fā)出紙上直接生成電子電路的技術(shù),；

2015 年，研發(fā)出世界首臺(tái)自驅(qū)動(dòng)液態(tài)金屬機(jī)器,，為研制實(shí)用化智能馬達(dá),、血管機(jī)器人、流體泵送系統(tǒng),、柔性執(zhí)行器甚至液態(tài)金屬機(jī)器人奠定基礎(chǔ),；

2016 年，報(bào)道了一種異常獨(dú)特的液態(tài)金屬固液組合機(jī)器的自激振蕩效應(yīng),，驗(yàn)證了其在藥物遞送方面的潛在價(jià)值,；研發(fā)出一種以柔性可變形“車(chē)輪”驅(qū)動(dòng)的微型車(chē)輛；

2019 年,，研發(fā)出一種液態(tài)金屬電子紋身,，為個(gè)性化醫(yī)療及可穿戴設(shè)備提供新的解決途徑；首次系統(tǒng)地提出了旨在研制未來(lái)尖端柔性機(jī)器人的一般原則“液體集成”（I-LIFE）,，為研制接近動(dòng)物和人體功能的全新一代尖端柔性機(jī)器人打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ),；報(bào)道了一種全新的功能復(fù)合型腫瘤栓塞劑液態(tài)金屬/海藻酸鈣（LM/CA）水凝膠，可制成具有特定功能的腫瘤制劑,。

而對(duì)于已取得的成就,，劉靜教授表示：

如果做出來(lái)的東西能夠有幸真正為世人所用，哪怕只有一小點(diǎn),，我想那就是最大的滿足和成就了,。