走近前沿新材料I：常温液态金属—

走近前沿新材料I：常温液态金属——自然界精灵般的材料

2021-12-20 16:47:28 作者：刘静来源：今日新材料分享至：

一、常温液态金属：一度藏在深山无人知

液态金属，顾名思义，通常指在室温附近或更高一些常温下呈液态的金属，也称低熔点金属。在自然界，有一类奇妙的金属很早即为人所熟知，这就是水银，俗称汞，但其在使用中却存在安全隐患，这是液态金属留给世人的常规印象。然而，近年来引发业界巨大兴趣和广泛关注的却非水银这样的金属，更多是指那些如镓基、铋基金属或其合金乃至更多衍生金属材料。这些金属在常温下是液体，可以像水一样自由流动（图1），但却拥有金属的特性，当温度降低时，它们易于从液态转成固态，从而展现出更为典型的金属特性。此类材料因安全无毒，性能卓越，正成为异军突起的革命性材料。至于像汞、铯、钠钾合金等，虽在常温下也处于液态，但因毒性、放射性及危险性等因素，在应用上受到很大限制。与低熔点金属形成对比的是，高温如数百度以上才变成液态的金属或其合金，则称为高熔点金属，系经典冶金材料内容，一百多年来已被广泛研究。与此不同的是，常温液态金属在世界范围内则相当长一段时间被学术界和工业界严重忽略了。可喜的是，近年来一系列颠覆性发现和技术突破的取得，使得常温液态金属诸多科学现象、基本效应和重大用途逐步得到认识[1]，该领域得以从最初的鲜为人知，到发展成今天备受瞩目的态势。

图1 镓基液态金属液滴（左）及其外覆水膜（右）时撞击钢板基底的动态情形

从应用层面看，液态金属如镓基合金等，因在常温下可流动，导电性强，热学性能优异，易于实现固液转换，且沸点在高达2000°C温度时仍处于液相，不会像水那样发生沸腾乃至爆炸，可以说仅用单项材料就将诸多尖端功能材料的优势集于一体，由此打破了许多领域传统技术的应用瓶颈，也因此开启了极为广阔的应用空间[2]。比如，液态金属在常温下导热和吸纳热量的能力均远大于传统的甲醇、水等导热剂，是新一代散热器的理想传热介质；液态金属固化后具有与常规金属一样坚硬而柔韧的特性，易于成型制造，工业用途十分广泛；而若将液态金属引入到生物医学领域，则会带来疾病诊断与治疗模式天翻地覆的变革；此外，液态金属同时拥有的流动性和导电优势，为电子制造提供了前所未有的便捷性，由此促成了液态金属印刷电子学的兴起；当然，同样让人饶有兴味的是，一系列科学试验揭示，液态金属就好比美国好莱坞科幻影片《终结者》中展示的神奇金属物质那样，可用以构筑未来全新一代的可变形柔性智能机器人。总之，由于液态金属展现出的诸多优势和重大应用价值，业界普遍将液态金属近年来取得的成果赞誉为“人类利用金属的第二次革命”。本文扼要介绍液态金属的若干典型特性和有趣应用。

二、液态金属丰富神奇的物质属性开启科学发现之门

液态金属自身蕴藏着极为丰富有趣的物质属性，由此引发的大量发现改变了人们对于传统物质的理解，有关认识反过来又促成若干全新技术的创建。迄今，基于对液态金属电、磁、热、流体、机械及化学等特性的研究，学术界在电子信息、芯片冷却、能源、先进制造、生命健康以及柔性智能机器等领域取得对应突破，不少进展在世界范围内得到了广泛重视和认同。无疑，对液态金属物质规律的充分理解，是创造未来各种应用的基础保障。

从如下介绍的基础现象中[1]，读者可初步领略液态金属这一精灵般物质的有趣属性。

近年来研究发现，处于溶液中的液态金属，可在电场控制下于不同形态和运动模式之间发生转换，呈现出如大尺度变形、自旋、定向运动、融合与分离、射流、逆重力爬行、褶皱波效应等行为，这些异常独特的现象改变了人们对于传统材料学、复杂流体、软物质以及刚体机器的固有认识，为变革传统机器乃至研制未来全新概念的高级柔性智能机器奠定了理论与技术基础，相应工作引发世界范围内的反响和热议，被认为是观念性突破和重大发现，“预示着柔性机器人新时代”。

更为神奇的是，处于溶液中时，液态金属可在“吞食”其它金属如铝后以可变形机器形态长时间高速运动，实现了无需外部电力的自主运动，这为研制智能马达、血管机器人、流体泵送系统、柔性执行器乃至更为复杂的液态金属机器人奠定了理论和技术基础，也为制造人工生命打开了全新视野，对于发展超越传统的柔性电源和动力系统也较具价值。若采用注射方式，还可快速规模化制造出液态金属微型马达，其呈宏观布朗运动形式，受电场作用时会出现强烈加速效应；而外界磁场对液态金属马达则起到磁陷阱效应作用；液态金属马达之间会表现出极为丰富的碰撞、吸引、融合、反弹等行为。

进一步地，人们不禁要问，若液态金属中引入固体单元后，行为又将如何呢？答案同样令人称奇。试验发现，经处理后的铜丝触及处于溶液中的含铝液态金属时，会被其迅速吞入其中并在液态金属基座上作长时间往复运动，体现出自激振荡效应，其振荡频率和幅度可通过不锈钢丝触碰液态金属来加以灵活调控。这一发现革新了传统的界面科学知识，也为柔性复合机器的研制打开了新思路，还可用作流体、电学、机械、光学系统的控制开关。其它一些有趣的固液组合机器效应还包括，金属颗粒触发型液态金属跳跃现象，以及可实现运动起停、转向和加速的磁性固液组合机器；而采用电控可变形旋转的“液态金属车轮”，还可驱动3D打印的微型车辆，实现行进、加速及更多复杂运动，可谓“小机器，大乾坤”。

以上液态金属展示出的丰富物质属性，彰显了这一新兴领域的科学魅力。而液态金属在大量应用领域的引入，更是打破了不少传统技术面临的关键瓶颈，促成了全新技术的创建。

三、液态金属优异的冷却特性可为尖端芯片应用保驾护航

众所周知，在芯片应用领域，高集成度高功率密度芯片运行时常常伴随有极端的发热问题[3]，学术界称之为“热障”，长期以来被公认为世界性难题。本世纪初，中国实验室首次提出了具有领域突破性意义的液态金属芯片冷却方法，由此开启了颠覆传统的散热解决途径，成果被誉为第四代先进热管理技术乃至终极冷却方法。作为高热导率流动工质，液态金属热导率为水的60倍左右，且从室温至2000°C均能保持液相，这使其拥有优异的换热能力。这种全新一代超高热流密度热管理技术（图2），在技术理念上打破了传统模式。此前，工业界数十年来主要沿用空冷、水冷及热管散热，但技术趋于瓶颈。

图2用于芯片冷却的四代典型冷却技术

基于液态金属卓越的冷却特性，学术界发展出一系列变革性散热技术和装备，在超大功率或高热流密度电子芯片、光电器件以及国防安全领域的极端散热上（如激光、微波、雷达、卫星、导弹、预警系统、航空航天等）已显示关键价值，相应技术还被拓展到消费电子、废热发电、能量捕获与储存、智能电网、低成本制氢、光伏发电、高性能电池及热电转换等广阔领域。2010-2011前后，中国研究小组的工作入选美国机械工程师学会会刊《电子封装学报》年度唯一最佳论文奖，液态金属先进冷却渐入业界视野。无独有偶的是，由于液态金属冷却技术显著的科学前瞻性和变革性，美国国家宇航局于2014年将其列为面向未来的前沿技术。

四、液态金属电子墨水的出现催生个性化电子制造技术

电子器件是现代文明的基石，代表一个国家的制造水平。众所周知，传统的电子制造工艺繁多，涉及从基底材料制备，到形成互连所需的薄膜沉积、刻蚀、封装等环节，需消耗大量原料、水、气及能源。为改变这一现状，中国团队首次提出了不同于传统的液态金属印刷电子学思想[4]，其墨水为液态金属，通过印刷方式在各种柔性或刚性基材上直接制造出目标电路、元器件、集成电路乃至终端功能器件（图3），这一突破被认为有望改变传统电子及集成电路制造规则，业界对此作出评论：“找到室温下直接制造电子的方法，就意味着打开了极为广阔的应用领域乃至通过家用打印机制造电子器件的大门”。当前，液态金属柔性电子制造技术已发展到超快水平，利用被命名为智慧印刷的技术和装备，在数秒内即可打印出A4纸大小的高精度复杂电路，速度远远超过迄今已发展的各类先进电子加工技术。总的说来，液态金属印刷这种所见即所得的电子直写模式，打破了个人电子制造技术的瓶颈和壁垒，使得在低成本下快速、随意地制作电子电路特别是柔性电子器件成为现实，标志着电子制造正逐步走向平民化。未来，人类社会将会迎来一个全新的个性化电子制造时代。

图3基于液态金属打印技术实现的导电图案与功能应用电子

在核心装备发展方面，我国团队研发出世界首台液态金属桌面电子电路打印机，成果入围“2014两院院士评选中国十大科技进展新闻”，2015年入围素有全球科技创新奥斯卡之称的R&D100 Award Finalist，2016年入选美国《PopularScience》中文版评选的2016年度全球100项最佳科技创新奖，荣获2015年中国国际高新技术成果交易会“优秀产品奖”等。此外，通过揭示金属流体与不同基底间润湿特性的调控机制，中国团队还首次提出并证实了可在任意固体表面和材质上直接制造电子电路的打印技术，并研制出了具有普适意义的液态金属喷墨打印机，从而使得“树叶也可变身电路板”，美国麻省理工《技术评论》专门就此撰写专题文章指出：“该技术如此快捷，没有理由怀疑其将很快进入市场”；业界对此作出的结论是，“围绕在不同表面打印电路的竞赛可以结束了”。

值得指出的是，美国国防部在2015年9月启动了一项名为“混合柔性电子”的庞大研发计划，并为此投入资金高达1.7亿美金。作为代表团队之一，其空军研发机构还展示了采用镓铟锡合金制成的柔性天线。与之相比，我国实验室的工作则超前了许多，且较早实现了在商品化方面的成功应用，推动了新兴工业的发展。

在二维制造之外，中国团队同样于全球率先提出并证实了系列液态金属3D打印的基础技术思想[5]，并研制出相应装备。特别是，针对传统3D打印难以兼顾金属及普通墨水在熔点上的巨大差异，因而难以实现耦合打印并组装的不足，他们还探索了不同功能材料的相容性和可同时打印性，由此发展出旨在直接制造终端功能器件的3D机电混合打印技术，证实了采用低熔点金属墨水（用作制造电子部件）和非金属墨水（用作制造支撑或绝缘封装基底以及半导体功能单元）交替打印和组装功能器件的可行性。上述工作开启了一条混合打印的新方向，让终端功能器件的全程自动制造与组装成为可能。

当前，全球在液态金属增材制造领域的研究已然风生水起，展示出一个极具活力和发展前景的新兴科技前沿。以低熔点液态金属为基础墨水的打印技术，突破了传统金属材料的形态和高温限制，实现了常温下功能器件的完整制造，有助于发挥打印方式在智能生产和灵巧制造领域的作用，继而促成生产方式的变革。在“大众创业，万众创新”的巨大需求下，这些适用于各种维度和物质表面的变革性电子器件快速制造技术，将为千千万万的创客提供颇具个性化的制造工具和手段。

五、液态金属独到属性打破传统生物医疗模式

“天生我材必有用”，液态金属无疑也是优异的生物材料。在生物医学与健康技术领域，独特的液态金属同样为此带来重大变革，促成了一个全新的生物材料学领域乃至医疗技术体系的创建[6]。如下仅举数例。

（1）液态金属神经连接与修复技术

众所周知，神经网络遍布于人体全身，因而神经损伤与断裂在医学上极为普遍。据统计，有多达100种以上的因素均可造成神经破损。生理学上，神经再生是一个极为缓慢的过程，有时甚至需要长达数年的时间才能恢复切断神经末梢的互连。因此，尽管神经损伤一定程度上可通过某种手术或物理方式加以治疗，然而神经纤维一旦被彻底切断或破坏，唯一的希望只能是将这些分隔的末梢尽快连通。这是因为，神经信号一旦持续中断，患者对应的肌肉功能即会随之减退、萎缩，直至造成永久性的功能缺失乃至截瘫。当前，治疗周围神经损伤的“金标准”在于自体神经移植，但却受到供区神经来源不足、供区神经功能丧失，以及供区神经结构和尺寸不匹配等限制。因此，寻找合适的神经移植替代物长期以来成为神经修复领域中的重大挑战。近年来，显微外科和纳米材料学的发展为断裂神经修复带来了新希望，但仍受到诸如导通能力不足，神经功能恢复不畅等制约。

迄今，临床医学上逐步得到广泛认同的是，如能将恢复期的肌肉神经信号持续高效地传达至目标，则将大大加速神经的修复过程并促成其保持原有功能。而神经功能主要是通过电信号的传输和响应来实现的。正是出于这一考虑，中国学者首次提出了具有突破性意义的液态金属神经连接与修复技术，旨在迅速建立切断神经之间的信号通路及生长空间，从而提高神经再生效率并降低肌肉功能丧失的风险，其先期性各类动物离体和在体实验，证实了以液态金属作为高传导性神经信号通路的可行性。通过建立牛蛙腓肠肌模型，采用液态金属连接剪断的神经组织，借助微弱电刺激试验探明了液态金属神经传导的优势。与此同时，由于液态金属在X射线下具有很强的显影性，因而在完成神经修复之后很容易通过注射器取出体外，可避免复杂的二次手术。这一方法为神经连接与修复这一世界性医学难题的解决开辟了全新方向，相应工作迅速被国际上诸多科学新闻杂志和专业媒介如麻省理工技术评论、新科学家、今日物理、新闻周刊、每日邮报、发现、极客、福克斯新闻等专题报道和评介，被认为是“令人震惊的医学突破”。甚至，借助神经调控，试验已证实可使业已死亡的动物也能如同活体般运动起来。相应努力展示了新技术的发展前景，可望催生出机器与人体复合的脑机借口技术。

（2）可实现高清晰血管网络成像的液态金属造影术

医学上，血管网络作为遍布全身的血液循环通道，其尺寸大小、空间分布及走向等对机体代谢、营养和药物的输运至关重要，同时血管自身也面临着诸多病变威胁，无论在健康检测还是疾病诊治中，细微血管的异常生长与变化均是衡量病理状况与疾病发生发展的重要指标。为此，获取高质量的血管图像具有十分重要的医学生理学意义。

针对这一关键需求，中国实验室提出并成功证实了有别于传统的液态金属血管造影方法的高效性。研究表明，以镓为代表的一系列合金材料在室温下呈液态，可在不破坏组织结构的情况下灌注到血管网络中，同时其自身拥有的高密度会对X射线造成很强的吸收作用，因而在X光拍摄或CT扫描中，充填有液态金属的血管会与周围组织形成鲜明对比，由此达到优异的成像效果，而液态金属的流动性和顺应性甚至可以让极细微的毛细血管也能在图像中以高清晰度的方式显现出来。实验发现，当将室温液态金属镓分别灌注到离体猪的心脏冠状动脉以及肾脏动脉中时，重建出的血管网络异常清晰，造影效果远优于临床上常用的碘海醇增敏剂，图像对比度呈数量级提升（图4），揭示的血管细节更加丰富，且造影效果不会如传统增敏剂那样随时间逐步衰减。

上述工作在国际上引起较大反响，业界纷纷以“第一张灌注液态金属的心脏图像”等为题对这一工作进行了深度报道，认为新技术提供了“前所未有的细节”、“采用相对简洁的方法解决了无比复杂的问题”、“这一有望显著提升器官3D成像的工作令人印象深刻”，并指出其进一步发展将可能“革新我们对于自身的认识”。迄今，这项原理独特的血管成像方法为国内外广泛讨论，相应技术为生理学、病理学研究提供了一种软成像工具，对于探索有关动物器官的复杂血管微细结构尤有价值，比如研究肿瘤血管的生长规律，以非破坏方式快速重建虚拟人或动物的血管网络数据等。值得一提的是，这一基础方法也并不仅限于血管成像，同样的原理在其他科学或工程学中涉及到的微/纳米管道三维重建过程中也有较好的应用前景，在影像仪器分辨率足够的前提下，可以获得较高的成像精度，甚至达到纳米量级。

值得一提的是，在以上研究的基础上，学术界还进一步提出崭新概念的液态金属栓塞剂，借助液态金属优良的充填性，可建立起用以阻塞血管营养输运进而诱发病灶凋亡的肿瘤诊疗一体化技术，整个过程在影像设备引导下以血管微穿刺方式进行。形象的说，这是一种旨在饿死目标肿瘤的医学新途径，值得进一步探索。

图4 液态金属高分辨血管造影术。镓造影剂（A）与传统碘海醇造影剂（B）的猪心脏冠状动脉毛细管成像情况对比及灰度差（C）。

（3）层出不穷、脑洞大开的液态金属生物医学技术正纷至沓来

为快速修复受损骨骼，中国团队基于液态金属的流体规律和液固相变特性，提出了注射金属骨骼的理念和技术，可实现高度微创的原位重建骨骼；同时，从液态金属易于实现固液转化的角度，还可构建刚柔相济的液态金属外骨骼技术。而从液态金属电学特性出发，中国学者则提出了注射电子学思想及植入式医疗器械在体3D打印技术。这些有如科幻电影中那样的金刚狼技术，正在成为现实中可望出现的应用。

此外，通过解决黏附性问题，学术界相应发展了液态金属皮肤电子技术。皮肤电子学是正在兴起的柔性电子应用领域，但已有方法通常无法直接在皮肤上制作电子器件。通过液态金属模板喷印技术，可在皮肤上快速构建用以检测生理信号的元件；该技术已被证实可用于皮肤黑色素瘤的低频低压电学治疗。特殊设计的液态金属皮肤涂层还可结合更多外场如近红外激光，实现皮肤肿瘤的高效消融治疗。

需要指出的是，一些液态金属具有强烈的化学反应活性，此类特性同样也可充分加以利用。比如，近年来出现的一种非传统型碱金属流体肿瘤消融治疗技术，其原理正是利用碱金属流体制剂与水接触时发生的强烈放热反应实现肿瘤高温消融治疗，该方法可确保高强度热量只在目标部位释放。这种类似于传统打针吃药的医学模式，使得肿瘤高温热化学消融治疗真正实现了微创，业界为此将其誉为“一个化学常识引发的颠覆性肿瘤治疗方法”。

六、液态金属的材料多能性促成《终结者》可变形机器人的研制

长期以来，实现可在不同形态之间自由转换的可变形柔性智能机器，以执行常规技术难以完成的更为特殊高级的任务，一直是全球科学界与工程界的重大挑战，相应研究在军事、民用、医疗与科学探索中极具重大理论意义和应用前景。比如，在抗震救灾或军事行动中，此类机器人应能根据需要适时变形，以穿过狭小的通道、门缝乃至散布于建筑物中的空隙，之后再重新恢复原形并继续执行任务。事实上，在医学实践中，研制可沿血管包括人体腔道自由运动，以承担各种在体医学服务的柔性机器人，早已成为非常现实的科学目标。显然，在最为高级的机器人中，具备可变形性和柔性特征是极为关键的一环。美国国防先进技术研究署、军队研究办公署等就曾为此启动了有关项目，旨在寻找可改变材料形状的技术，以构建出对应的机器人设计蓝图。业界普遍认为，一旦这样的技术得以实现，其对人类活动所作出的贡献，将远远超过现有的机器人。不过，由于受到来自材料特别是技术理念的限制，有关研究尚处于积极的推进之中。

近年来，中国团队从全新途径出发，开创性提出了突破传统技术理念的液态金属软体机器人思想[7]，从材料、器件到系统等方面逐步构建出相应的理论与技术体系。比如，若采用空间架构的电极控制，可望将各种智能液体金属单元扩展到三维，以组装出具有特殊造型和可编程能力的仿生物或人形机器（图5）；甚至，在外太空探索中的微重力或无重力环境下，也可发展对应的机器来执行相应任务。由于显著的科学突破性，有关发现引发全球范围持续广泛反响，被认为预示着软体机器人的新时代，液态金属机器人被列为国际机器人领域最具发展潜力的十大方向之一。迄今，机器人大多仍以一种刚体机器的形式发挥作用，这与自然界中人或动物有着平滑柔软的外表以及无缝连接方式完全不同。液态金属机器的问世引申出了全新的可变形机器概念，将显著提速柔性智能机器人的研制进程。

图5 构想中的液态金属机器人以及各种已趋现实的液态金属传感器

值得一提的是，在液态金属机器人发展道路上，最令人震惊的莫过于自驱动液态金属机器效应的发现，此项工作首次揭示出自然界一种异常独特的现象和机制，即液态金属可在吞食少量物质后以可变形机器形态长时间高速运动，从而实现无需外部电力的自主运动，这为研制实用化智能马达、血管机器人、流体泵送系统、柔性执行器乃至更为复杂的液态金属机器人奠定了理论和技术基础。试验发现，置于电解液中的镓基液态合金可通过“摄入”铝作为食物或燃料提供能量，实现高速、高效的长时运转，一小片铝即可驱动直径约5 mm的液态金属球实现长达1个多小时的持续运动，速度高达5cm/s。这种柔性机器既可在自由空间运动，又能于各种结构槽道中蜿蜒前行；令人惊讶的是，它还可随沿程槽道的宽窄自行作出变形调整，遇到拐弯时则有所停顿，好似略作思索后继续行进，整个过程像极了科幻电影中的终结者机器人现身一般。应该说，液态金属机器一系列非同寻常的习性已相当接近一些自然界简单的软体生物，比如：能“吃”食物（燃料），自主运动，可变形，具备一定代谢功能（化学反应），因此作者们将其命名为液态金属软体动物。这一人工机器的发明同时也引申出“如何定义生命”的问题。

上述发现一经发布，短时间内即引发全球范围内众多科学杂志、专业网站和新闻媒体的高度重视和热烈讨论。New Scientist在第一时间以文章和精心制作的视频进行了报道，指出“液态金属朝可变形机器人迈进一步”，“将成为今后电影中人工生命的种子”；Nature杂志在其研究亮点栏目以“液态金属马达靠自身运动”为题进行了报道；Nature Materials则以亮点文章“液态金属自驱动液滴”对此进行了评介；Science网站发布观察文章和视频：“可变形金属马达拥有一系列用途”；路透社记者专程到中国实验室进行实地拍摄和采访。众多报道此项工作的科学杂志或专业网站故事还有诸如：物理学家组织网站“可在液体中自行驱动的可变形液态金属”；化学和工程新闻C&EN“旋转的液态金属马达”；UncoverCalifornia“世界首个液态金属机器人”；Siliconrepublic“首个终结者型液态马达问世，具无限潜力”；镜报mirror：“真实的终结者1000液态金属马达”；PopularScience：“终结者智能液态金属或为新一轮军备竞赛的第一步”；Space Daily等：“液态金属机器人几乎已在这儿，并且他们由中国制造”；Popular Mechanics：“终结者1000机器人或许就由这种自主行走的液态金属制成”；更多网站则纷纷展望了这一开创性发现在机器人、药物递送、血管和环境监测等方面的应用前景，认为“机器人工业正迈向不可思议的突破”，“显然是巨大的第一步”，“这是许多潜在商业用途的源泉，对于世界各国的工业界和政府会有巨大的兴趣”。

总的说来，液态金属机器的问世引申出了全新的可变形机器概念，将显著提速柔性智能机器的研制进程。当前，全球围绕先进机器人的研发活动正处于如火如荼的阶段，比如，美国国家自然科学基金会仅在2017年设立的单项软体机器人项目经费就高达2600万美元。不难预想，若能充分发挥液态金属所展示出的各种巨大优势和潜力，并结合相关技术，将引发诸多超越传统的机器变革。

七、迎接即将到来的液态金属时代

总的说来，作为新兴的功能物质，液态金属及其衍生材料种类众多且在不断增长中，它们拥有许多常规材料不易具备的属性，蕴藏着诸多以往从未被认识的新奇物理化学特性，这为大量科学与技术探索提供了丰饶的研究空间。由于自身显著的多学科交叉特点，液态金属物质科学可以说已渗透到几乎所有自然科学与工程技术领域，甚至人文学科、文化创意、科幻影视行业。随着液态金属各种物质特性不断被认识以及新材料的持续创制，还将开启更多科学与应用大门，人类将会迎来一个液态金属研究与应用大爆发的时代。

值得一提的是，常温液态金属系中国在开创性基础发现与技术突破方面均处于显著优势的高新科技领域。种种迹象表明，在持续取得基础突破的同时，一个发端于中国的全新工业已然崛起。若能充分把握这一领域所赋予的历史机遇，我国可望对人类物质文明的推进作出自己应有的关键性贡献。近期，我们还欣喜的看到，全球范围内众多实验室纷纷涌入液态金属研究，这可从大量论文在短时间内的井喷式爆发看出，相信未来这一领域一定会精彩频出。当然，也应意识到，与液态金属自身巨大的发展空间相比，国内外前期业已开展的研究和应用尚属有限，仅仅处于早期。整个液态金属物质科学创新的大幕才刚刚拉开，这一领域蕴藏着的无限可能及无尽的前沿，呼唤着人类永无止境的追求和持续不断的探索。

总的说来，以物质、能量、生物、信息为承载特征的液态金属物质科学，堪称催生突破性发现和技术变革的科技航母。“一类材料，一个时代”，液态金属作为一大类特殊物质，已展示出引领和开拓未来科技的特质，正为有关领域的变革创造机遇。

让我们以更加积极进取的姿态去迎接液态金属时代的到来！

参考文献

1. 刘静，液态金属物质科学基础现象与效应，上海：上海科学技术出版社，2019.

2. 刘静，杨应宝，邓中山，中国液态金属工业发展战略研究报告，昆明：云南科技出版社，2018.

3. 刘静，微米/纳米尺度传热学，北京：科学出版社， 2001.

4. 刘静，王倩，液态金属印刷电子学，上海：上海科学技术出版社，2019.

5. 刘静，王磊，液态金属3D打印技术：原理及应用，上海：上海科学技术出版社，2019.

6. J. Liu, L. Yi, Liquid Metal Biomaterials:Principles and Applications, Singapore: Springer, 2018.

7. J. Liu, L. Sheng, Z. Z. He, Liquid MetalSoft Machines: Principles and Applications, Singapore: Springer, 2018.

中国科学技术大学出版社

地址：安徽省合肥市金寨路70号　　邮政编码：230022

高等教育分社：杨振宁 yangzhn@ustc.edu.cn 0551-63607216

内容简介

　　我国高新技术产业发展面临的“卡脖子”问题，很多就卡在材料方面。新材料产业是制造强国的基础，是高新技术产业发展的基石和先导。为了普及材料知识，吸引青少年投身于材料研究，促使我国关键材料“卡脖子”问题尽快解决，中国材料研究学会特意组织了一批院士和材料专家，甄选部分对我国发展至关重要的前沿新材料进行介绍。《走近前沿新材料（1）/前沿科学普及丛书·新材料科普丛书》涵盖了20种新的前沿新材料领域新名词，主要包括信息仿生材料、纳米材料、医用材料、能源材料。所选内容既有我国已经取得的一批性技术成果，也努力将前沿材料、先进材料优势的智力资源不断引入国内，助力推动我国材料研究和产业快速发展。每一种材料的科普内容独立成文，深入浅出地阐释了新材料的源起、范畴、定义和应用领域，并配有引人入胜的小故事和原创图片，让广大读者特别是中小学生更好地学习和了解前沿新材料。

目录

200岁的“热电少年”——探秘热电材料的前世今生

超材料——真的能让你来无影去无踪吗？

当代“鲁班”的故事——揭秘道法自然的仿生材料

常温液态金属——自然界精灵般的材料

芯片材料——信息时代强有力的“心”

微纳机器人——于细微处见神奇

操纵光子的神奇材料——光子晶体

透明胶带中诞生的诺贝尔奖——奇妙的二维材料

纳米世界的碳材料——碳纳米管

石墨烯的“前世今生”

从活字印刷到纳米印刷