作為一種新型材料的“液態金屬”，大家是否聽說過？

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曉昀

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發表于 2019-10-30 09:30:03 | 只看該作者 |倒序瀏覽 |閱讀模式

作為一種新型材料的“液態金屬”，大家是否聽說過？是否了解它的性能和應用？

液態金屬作為一種新材料產業是一大類金屬合金功能材料，在常溫下呈液態，具有沸點高、導電性強、熱導率高等特性，其制造工藝不需要高溫冶煉，環保無毒，可廣泛應用于電子信息、工業制造、能源利用、航空航天、國防軍工、生物醫療、教育與文化創意等領域。

在美國拍攝的一些科幻電影中，我們常常能看到一些強大到逆天的機器人，比如《超能陸戰隊》中的微磁機器人，無論怎樣破壞，哪怕被分解也還能重新組合到一起。再如《終結者2》中的T-1000，不管遭受什么樣的傷害都能在一瞬間自動復原，甚至可以隨意“整容”與改變身形。盡管這很炫酷，但細思恐極，有這樣的存在還是相當可怕的。
不過，隨著技術的發展，這種機器人可能真的會在現實當中出現。據物理學家組織網近日消息，英國薩塞克斯大學和斯旺西大學的科學家找到了一種可通過電場使液態金屬變為各種二維形狀的方法，如變成心形或字母等等。研究團隊表示，這一發現表明了液態金屬是“一種潛力巨大的新材料”，可能在智能電子設備、軟體機器人以及醫療等方面起到重要作用。

實際上，英國此次對液態金屬的研究并非首例，此前人類對液態金屬的關注已持續了一段時間，尤其是中國對液態金屬的研究更為突出并取得了不錯的成果。液態金屬本身具備諸多，人類對其開發程度日益加深，相信液態金屬在未來的人工智能及智能硬件領域能夠取得更為長足的發展。
液態金屬“神通廣大”是由哪些特質決定的？

所謂液態金屬，即不定型金屬，也稱非晶合金或金屬玻璃，可將其看作由正離子流體與自由電子氣組成的混合物。它擁有獨特的原子結構，排列無序。它是金屬但卻擁有流動的特質，它很輕但卻極為強硬，同時具有高彈性。它還能一次成型，免去加工的繁瑣程序。
液態金屬具有極為優越的性能。其強度為不銹鋼的3倍，鋁、鎂合金的10倍以上，鈦合金的1.5倍以上，就算是在輕合金中，液態金屬的單位密度強度也是最高的。液態金屬的安全使用強度為1500 Mpa，彈性應變能量可達到19Mj/m2，而最好的彈簧鋼的彈性應變能量也僅能達到2.2Mj/m2。
在硬度上的優勢，使得液態金屬在耐磨或抗劃痕的領域能夠得到廣泛的應用。良好的彈性能夠滿足其他金屬不能滿足的某些特定領域。比如在壓力下彎曲，但要求不能變形的醫療設備，或是能夠反復彎曲，還不能出現塑性變形和硬化的壓力傳感器。
在精度方面，液態金屬成型的產品可以和機器加工產品的工藝一爭高下，并且沒有附加成本與廢棄材料。在抗腐蝕性能方面，液態金屬合金也展現出了超常的能力，尤其在工業應用中能發揮更大的作用，如食品加工、醫療設備、戶外運動設備、航海產品等方面。
對于其他金屬而言，如果不做拋光、研磨等二次加工，是無法達到這種精度的，而在許多領域，金屬的反光性能是極為重要的，液態金屬合金的光潔度就能夠達到高光反射的效果，而且還能進行拋光，還不必犧牲其他的性能。
此外，液態金屬合金屬于無磁性材料，而且與其他磁性物體接觸也不會沾染任何磁性。因此可應用于核磁共振設備的組件，電磁開關的外殼，或是高射頻功率領域。

   綜上所述，液態金屬不僅具備優質功能，還能以注塑方式成型，使得設計者有了更大的發揮空間。此外，其一次性凈成型的特質也在很大程度上節省了加工成本，最大限度地提升了效率。液態金屬擁有的眾多優勢，使其擁有極為廣闊的應用空間，在環保、醫療、智能硬件、AI、航空航天等領域都能夠發揮極大的作用。

   液態金屬的種種優勢，也吸引了各國科研團隊和企業的注意。關于液態金屬的研究，人類也取得了頗多成果。這些成果有助于引導液態金屬被應用于實際生活中，甚至在未來實現商用。

   人類對液態金屬研究深化，成果可觀趨于實用。

   英國最新的關于液態金屬的研究，其原理就是由計算機制造出改變液態金屬形狀的電場。也就是說，液態金屬的形狀與位置可通過計算機編程進行控制。

   研究團隊成員、來自薩塞克斯大學的思睿拉姆·賽布萊恩認為：“液態金屬在可變形領域潛力巨大。它們獨特的屬性包括表面張力可由電壓控制、高導電性以及室溫下液態與固態相變”。盡管這一技術尚處初級階段，但它已經展現出了在電子智能設備、柔性屏及軟體機器人等方面的應用潛力。

   其實，在液態金屬研究方面，中國的步伐相當領先。去年8月，清華大學研究團隊在液態金屬機器人領域有重大進展。清華大學醫學院聯合研究小組團隊發現，液態金屬具備與細胞類似的吞噬外界顆粒的“胞吞效應”，這是生物界普遍存在的一種行為，并且他們還發現液態金屬具有“呼吸獲能”的本領。

   研究發現，處于溶液環境中的液態金屬，在受到電場或者化學物質的作用之時，能夠產生胞吞效應，高效地將周圍的顆粒吞入體內。如在電解液的環境中，一塊鎵基液態合金在“吃掉”鋁之后，可變身為機器形態，并進行長時間的高速運動，根本無需外部動力。
更有意思的是，這種機器形態的液態金屬不僅能在自由空間中運動，還能在各種結構的槽道中穿梭自如。它們能自己調整體形和路線，似乎自身具備思考能力。

   團隊負責人劉靜表示，此類功能“有點像生命”，故而稱之為“類生物行為”。事實上，液態金屬機器就像是軟體動物，其表現出的特殊性質已經與自然界中的軟體生物相當接近了。這一研究成果以封面的形式發表在國際權威期刊《尖端科學》（Advanced Science）上。
若是將時間的標尺再向前延伸，會發現早在2015年，該團隊就已宣布研制出全球首臺液態金屬機器。該成果為流體泵送系統、血管機器人、柔性執行器甚至是更復雜的液態金屬機器人研究奠定了理論基礎與技術基礎，并且將在醫學、軍事等領域發揮重大作用。
液態金屬的種種特性為我們帶來了許多想象的空間。例如我們可以期待像“終結者”那樣的機器人。當然，這是個遠期目標，最實際的，我們可以期待液態金屬給智能設備帶去的改變。

   基于研究人員近年來在液態金屬研究方面所取得的成果，我們可以期待電腦、手機等設備不再是中規中矩的方正，而是能被隨心所欲地設計成各種形狀，既酷炫又個性。曲面設計、柔性屏甚至是更為藝術的想法和造型都可能成為現實。屆時對提高銷量、擴充消費者的選擇空間以及推動整個行業進步絕對大有裨益。

   其實，目前已有液態金屬技術初步應用于智能手機的事例。iPhone的組件中就用到了液態金屬。只不過由于其生產困難，并且對工藝要求極高，因此并沒能應用到iPhone的外殼之上，而是用在了SIM卡的取卡針中，這一零件由美國LiquidMetal公司生產。

液態金屬“隨遇而安”的特性以及一系列優勢，使得它在許多領域都可能被需要。研究人員表示，未來希望通過數字操控的方式，改變液態金屬的外觀、功能及物理性狀，為研制變形顯示器、更為靈活的智能設備甚至軟體機器人打基礎。
當然，與所有的新技術一樣，液態金屬的發展尚處不成熟階段。也許達到“終結者”水平需要經歷一個漫長的過程。但毫無疑問的是，液態金屬將對人類進入突破想象的時代起到加速的作用，并在未來為多個領域帶去革命性的變革。或許我們很難在短時間內做出像“終結者”那樣的機器人，但這種變化應該可以被感知到，并促使液態金屬在多個領域“大顯身手”。

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