??近日，清華大學醫(yī)學院生物醫(yī)學工程系劉靜教授課題組在《先進功能材料》（Advanced Functional Materials）上發(fā)表了題為“輕量化液態(tài)金屬物質(zhì)”（Lightweight Liquid Metal Entity）的研究論文，首次提出了輕量化液態(tài)金屬物質(zhì)的概念，并展示了這一全新材料的特性和用途，相應(yīng)成果被選為期刊內(nèi)背封面故事（圖1）。

圖1.《先進功能材料》期刊內(nèi)背封面故事反映的輕質(zhì)液態(tài)金屬材料

常溫液態(tài)金屬通常是指一大類熔點接近室溫的低熔點金屬。與傳統(tǒng)認知中的金屬不同，此類物質(zhì)通常情況下呈液態(tài)，既具有液體良好的流動性，又擁有金屬材料優(yōu)異的導(dǎo)電性與導(dǎo)熱性，且易于通過溫度調(diào)控使其在固液相之間快速切換，即表現(xiàn)出剛?cè)嵯酀奶攸c。由于這些因素，液態(tài)金屬在柔性電子、3D打印、芯片冷卻、生物醫(yī)學以及可變形機器人等領(lǐng)域得到了日益增長的應(yīng)用。然而，常規(guī)的液態(tài)金屬材料自身密度通常很高，這會給由此制成的器件與裝備平添額外重量，造成相應(yīng)能量消耗，也削弱了使用的靈活性。

為改變上述現(xiàn)狀，劉靜課題組提出了旨在制造輕質(zhì)液態(tài)金屬的基本思想，他們特別以共晶鎵銦合金及中空玻璃微珠為典型代表（圖2），制備出了密度僅為水的一半以至可漂浮于水面的輕量化液態(tài)金屬復(fù)合材料（圖3）。這種材料除保留了純液態(tài)金屬良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、力學強度及固液相變特性（圖4）外，還擁有可塑性、可變形性乃至磁性等行為，作者們?yōu)榇嗽O(shè)計了系列平面及三維應(yīng)用場景，并引入不同封裝方式實現(xiàn)了對材料漂浮行為的調(diào)控，展示了水面電路及水中機器人的潛在應(yīng)用。

圖2. 典型輕量化液態(tài)金屬復(fù)合物微觀結(jié)構(gòu)的SEM與EDS圖

圖3. 基于液態(tài)金屬-中空玻璃微珠制成的輕量化復(fù)合材料及對應(yīng)密度

圖4. 基于GaIn與玻璃微珠的輕量化液態(tài)金屬復(fù)合材料的力學與溫度斷裂行為

輕質(zhì)液態(tài)金屬物質(zhì)概念的提出具有基礎(chǔ)科學意義和普適應(yīng)用價值，由此開啟了一條研制新型液態(tài)金屬功能材料的基本途徑。原則上，結(jié)合各類液態(tài)金屬與對應(yīng)的輕質(zhì)改性物質(zhì)，可賦予終端材料更多目標功能，從而能以一種材料形式同時將許多尖端材料的功能如電、磁、聲、光、熱、力學、流體、化學等集于一體，這是已有材料體系不易具備的，因而在許多場合十分有用，比如作為印刷電子墨水、3D打印材料、可注射金屬骨骼與牙科修復(fù)、血管栓塞及造影劑、水中機械電子設(shè)備、剛?cè)嵯酀涂纱┐魍夤趋酪约翱勺冃稳嵝詸C器人等。

此項研究中，論文第一作者為清華大學醫(yī)學院生物醫(yī)學工程系博士生袁博，通訊作者為清華大學醫(yī)學院生物醫(yī)學工程系教授劉靜。相應(yīng)研究得到國家自然科學基金重點項目及中科院前沿項目的資助。

論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adfm.201910709