要闻:密度低于水的液态金属！清华大学刘静教授团队突破性研发，为打造新型

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液体金属技术，相信大家已经不知道了。 在日常生活中，对多而复杂的外形，在满足强度、硬度、柔软性、金属疲劳等多项难以完成的技术要求指标后，液态金属可以达到对结构物极薄厚度的要求。 例如，折叠式手机使用液态金属作为铰链，只有液态金属材料的特征才能满足其强度、精密度、疲劳、足够薄的重点。

最近，中国科学院理化技术研究所双聘研究员、清华大学医学院生物医学工程系教授刘静团队首次提出了“轻质液态金属”的概念，为开发密度低于水的液态金属复合材料，构建液态金属机器人奠定了基础。

据说该小组的名为lightweight liquid metal entity (轻质液态金属)的论文于去年2月17日刊登在《高级功能材料》( advanced functional materials )杂志上。

密度比水低的液态金属复合材料

“液态金属”是不定形且可流动的液体金属，可以看作是由正离子流体和自由电子气体组成的混合物。 作为可变形智能仪器的基本要素，液体金属为可变体(特别是液体仪器)的设计、制造开辟了新的道路。 正如刘静教授所说

柔性机械、可变形机械是材料学和机械学中的重要行业，柔性是液态金属特有的行为。

但是，液态金属的缺点之一是密度高，意味着机器中多馀的重量增加，便利性受损。

为了解决这个问题，刘静团队提出了由“轻质液体金属”中空玻璃珠( glassbubbles )和镓铟共晶( egain )组成的非常规则的超轻材料gb-egaln。

下图a是中空玻璃珠的结构示意图，b是玻璃气泡的实际照片(左)和显微镜照片(右)。

共晶是指某成分的合金液体在低于任一组合物的金属熔点的共晶反应温度下冷却、凝固、结晶化，成为两种以上致密的结晶混合物。 顾名思义，镓铟共晶是镓( ga )和铟( in )两种金属的混合物，密度为6.25 g/cm⊃3。 (温度25 °； 的情况)。

【同重量( 10 g )的egain和gb-egaln的比较】

gb-egaln的密度小于2.010 g/cm⊃3，也可以达到0.448 g/cm⊃3。 水(密度1 g/cm⊃3； )更轻——这是因为水和液态金属对玻璃表面的亲和性不同，与水接触时，gb-egaln内部结构变化为玻璃珠——水( gb-water )，引起密度的变化。

下图是不同egain体积百分率( =0%、6%、12%、18%、24%、30%、36% )的gb-egain密度变化( k1、q25、q46中空玻璃珠的3种)。

年5月，刘静团队发表的persetransformationsofliquidmetalsbetweendifferentmorphologies (不同构象之间液态金属的多变形性)论文，对室温液态金属( room-tempes

实际上，通过温度调节，gb-egaln也能维持优异的适应性、导电性，完全在柔软状态和坚硬状态之间自由切换。 gb-egaln可以成形为薄片，也可以构筑成三维立体结构，重复8次，功能也没有明显的损失(下图)。

在此基础上，研究小组将gb-egaln与磁铁结合设计了浮力部件，提供了开关和负载部件的功能。 研究小组说，有望在不久的将来利用gb-egaln制造软件机器人和智能水下装置。

中国领先世界的液态金属

事实上，我国在液态金属方面居世界领先地位，与这一成果最密切的名字是刘静。 刘静教授是清华大学的早直博生，1992年本科毕业后开始主修生物传热学。

作为入选中国科学院、清华大学“百人计划”的生物传热学专家，包括低温生物医学工程、常温及高温生物医学工程、微/纳米流体和热学技术、先进热管理技术、超常规能源技术等研究方向。 年9月，刘静教授在日本京都召开的国际传热大会上每四年授予一次，每次获得只有一名获奖者的传热学界“终身成就奖”威廉伯格奖。

2001年，刘静教授的魅力想法是:“液态金属可以在室温下流动，为什么与芯片冷却没有关系？ ”。 帮助他打开“新世界之门”，之后继续引起世界的关注。

刘静团队近年来在液态金属方面取得突破的大致时间线如下。

年，首次发现了电场控制下液体金属和水复合体在各种形态和运动模式之间可以转换的基本现象。 第一次发现液体金属吞下少量铝后，自主高速运动，可以变形的奇怪行为。 首次开发了通过将液体金属印刷成“墨水”，在纸上直接生成电子电路的技术。

年，开发了世界上第一台自驱动液态金属机械，为开发实用化的智能电机、血管机器人、流体泵系统、柔性驱动器、甚至液态金属机器人奠定了基础。

年报道了异常独特的液态金属固液复合机械自激振荡效果，验证了其在药物配送中的潜在价值。 开发用柔软可变形的“车轮”驱动的微型车辆

年开发了液态金属电子纹身为个性化医疗和可穿戴设备提供了新的处理路径。 首次系统地提出了开发未来前端柔性机器人的常规几乎“液体集成”( i-life )，为开发接近动物和人体功能的新一代前端柔性机器人奠定了坚实的基础。 报道了一种新的功能复合型肿瘤栓塞剂液态金属/海藻酸钙( lm/ca )水凝胶，可以制备具有特定功能的肿瘤剂。

资料来源:机器人大礼堂，wiley online library，百度百科，清华大学信息，雷锋网

原题:“密度比水低的液态金属！ 清华大学刘静教授团队将进行划时代的研究开发，为制造新机器人铺平道路！ 』