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究竟何为液态金属?
2019-01-30

“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Liquid Metal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。

概念不同

非晶合金实际上指的是材料的一种状态,而液态金属是一大类新型的合金材料。

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图1 液态金属材料

制备工艺不同

非晶合金采用的是急冷凝固制备工艺,指使金属熔体急冷瞬间凝固的技术。该过程通常是由液相到固相的相变过程进行得非常快,金属或者合金的熔体急剧凝固成微晶、准晶和非晶态的过程。

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图2 固态物质中晶态和非晶态物质粒子排布示意图

而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。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。

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图3 液态金属的神奇属性

主要特性及应用领域不同

非晶合金的特点主要取决于其不定型的原子结构,没有特定的晶格结构,所以导致非晶合金具有极佳的力学特性,如高强度、高硬度等机械性能,但是在电力学性能和化学性能上却没有明显的优势。

因此,非晶合金大多应用于对力学性能有要求的行业,如精密器械行业、消费电子外框等行业等,目前应用最多的就是智能手机中框及卡针。

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图4 非晶合金材料应用

而液态金属则是因为其不定型的液体形态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。

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图5 液态金属材料研究成果

总的来说,非晶合金实际上指的是材料的一种状态,是一个概念。而液态金属是一种全新的合金材料。

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。该类材料研究目前主要以中科院、清华大学刘静老师的团队在推进,产业化工作由相关科技公司云南靖创、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。

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图6 液态金属电子电路打印机

上图为我公司自主研发、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。