（文章來源：DeepTech）
電影《終結(jié)者》系列，為我們展示了一種由液態(tài)金屬組成的強大機器人：以 “終結(jié)者 T-X 型” 為代表，它們擁有著超強的塑形功能，能夠隨意變化外形，并且能快速恢復原貌。在現(xiàn)實生活中，影片里的液態(tài)金屬機器人仍未誕生，但作為一種神奇的材料，液態(tài)金屬因其優(yōu)秀的可塑性也被認為是取代傳統(tǒng)電子行業(yè)中硬質(zhì)材料的新星。而且，這項技術(shù)也與一些聽起來就十分新潮的科技應用息息相關(guān)，例如可穿戴電子的電路、可穿戴外骨骼的構(gòu)建以及柔性機器人等。

那么，液態(tài)金屬的研發(fā)如今走到了哪一步？最近一項由清華大學和中科院理化所團隊帶來的研究頗讓人為之興奮。根據(jù)在 Advanced Functional Materials 雜志發(fā)表的論文 “Lightweight Liquid Metal Entity”，這個團隊提出“輕質(zhì)液態(tài)金屬” 概念，并發(fā)明了一種前所未有的輕質(zhì)量液態(tài)金屬材料。而且，研究中所展示的液態(tài)金屬材料，在許多方面甚至優(yōu)于 “材料之王” 石墨烯。對于這次的研究成果，文章的通訊作者、清華大學劉靜教授對 DeepTech 表示：“此項研究有幸第一次提出‘輕質(zhì)液態(tài)金屬物質(zhì)‘概念，具有基礎(chǔ)性和普適意義。

根據(jù)需要，輕質(zhì)液態(tài)金屬可以與其他物質(zhì)相混合，從而賦予更多目標功能?？傮w上，液態(tài)金屬以一種材料形式同時將許多尖端材料的功能集于一體（電、磁、聲、光、熱、機械、流體、化學），這是比較獨特的。研究中已展示的輕質(zhì)液態(tài)金屬，具備了許多功能，比如高導電性、 磁性、可變形、可組裝疊加、高導熱性、可在液態(tài)和固態(tài)之間靈活轉(zhuǎn)換特性等。這些是有機物不易具備之處，也大多不是石墨烯的特性。石墨烯由于不易變成液體，這使其在許多場合上的應用不及液態(tài)金屬，比如作為電子墨水、3D 打印材料、注射骨骼、外骨骼、機器人”。

說起液態(tài)金屬你應該不會陌生，例如水銀，就是許多人最熟悉的常溫下呈現(xiàn)液態(tài)的金屬了。水銀也因為它的流動性和熱學特性才廣泛使用于溫度計和血壓計中。不過，諸如水銀這樣的液態(tài)金屬，對于環(huán)境和人體健康有較大的損害，這大大限制了它的應用范圍。而且，一般金屬的密度都比較大，如果在產(chǎn)品中加入大量的液態(tài)金屬可能會使得產(chǎn)品難以攜帶，這也成為液態(tài)金屬不便應用的一個瓶頸。所以，科學家們一直渴望的完美的液態(tài)金屬，應當可塑性高，對環(huán)境無害，并且密度很輕。

這樣一種近似 “完美” 的液態(tài)金屬正在離我們越來越近。在這次的團隊研究成果中，一種以鎵銦共晶合金（Eutectic Galliumindium Alloys）為基礎(chǔ)并加入了特殊物質(zhì)和結(jié)構(gòu)的液態(tài)金屬，其密度可調(diào)范圍為 0.448~2.010 g/cm3，甚至比水的密度還低。而且不同于水銀，鎵銦共晶合金具有良好的生物安全性。

對于鎵銦共晶合金的制備過程，劉靜特別指出：“該材料的制造過程沒有污染，包括液態(tài)合金制備、空心玻璃微珠以及各種功能物的加載等，相應材料有很多選項，且本文方法是基礎(chǔ)底層方法，可擴展到較廣范疇?！备衿娴氖?，在溫度調(diào)節(jié)下該材料能保持良好的材料一致性和導電性，并可在完全柔軟和堅硬的狀態(tài)之間自由切換。但是，從本質(zhì)上來說，鎵銦共晶合金還是金屬合金，文中通過將質(zhì)量百分比分別為 75.5% 的鎵和 24.5% 銦均勻混合后在 150℃中攪拌 12 小時制成，密度大約為 6.5g/cm3，其實還遠遠稱不上輕盈。

如果要將密度降低到比水還輕，意味著要減小 70% 左右，而這樣的做法是前無古人的。研究團隊此時引入了一種神奇的材料——空心玻璃微珠，這是一種具有中間鏤空結(jié)構(gòu)的超輕材料，例如文中提到的 “K1” 型空心玻璃微珠，密度為 0.125g/cm3。由于有空心的結(jié)構(gòu)存在，這種材料與鎵銦共晶合金結(jié)合之后能有效地減小材料的密度，并且通過調(diào)整兩種材料的占比，就能調(diào)節(jié)整體的密度。制成的材料名為“空心玻璃微珠 - 鎵銦共晶合金”，簡稱為“GB-eGaIn”，十分輕盈，甚至能夠像露珠一樣停留在葉面之上。

基于如此思路合成的 GB-eGaIn，還具有優(yōu)秀的可塑性及可重構(gòu)性，可以先合成平面材料，然后經(jīng)過類似 “折紙” 的操作，制作想要的結(jié)構(gòu)。除此之外，GB-eGaIn 還能利用模具制作復雜的三維結(jié)構(gòu)，例如下圖中由 GB-eGaIn 制成的 “小馬” 和“三潭印月”。開創(chuàng)性地提出了加入空心玻璃微珠制作符合液態(tài)金屬材料的思路之后，功能化液態(tài)金屬材料的大門也得以打開。除了制作復雜結(jié)構(gòu)，研究團隊就發(fā)現(xiàn)，通過對輕質(zhì)液態(tài)金屬材料進行再加工，例如添加一些有特殊性質(zhì)的材料（磁性材料等），還可以賦予液態(tài)金屬更多的功能性。

文中提到了添加磁性材料的簡單應用，利用磁性材料可以控制 GB-eGaIn 在水中的浮沉以及定向運動。論文的最后一段，研究團隊就提出，未來的研究方向可能為在空心玻璃微珠的空心結(jié)構(gòu)中加入磁性、電學特性等功能材料，能夠大大地增加液態(tài)金屬功能性。

劉靜還提出了更多的設(shè)想：“Glass Bubbles 可做成真空，厚薄度及尺寸等可調(diào)，沿此路線，甚至可實現(xiàn)能漂浮于空氣中的輕質(zhì)液態(tài)金屬，這會打開許多應用的想象空間。本文展示的液態(tài)金屬物密度已覆蓋較大范圍，從水的幾分之一到數(shù)倍。實際上，除了 Glass Bubbles 外，各種各樣的外來物均可加載到液態(tài)金屬中形成輕質(zhì)材料，比如塑料、木材、輕金屬以及磁性、光學材料等等。本文方法開啟了一個研制輕質(zhì)液態(tài)金屬的方向和應用?！?/p>

功能性材料最終的目的還是落在實際應用層面。這種輕質(zhì)液態(tài)金屬材料，制程以及材料本身對于環(huán)境的影響也不大，在應用層面來說應當是前途無限的。
（責任編輯：fqj）