液态金属既有流体特性又兼具金属特性

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液态金属

集两种截然不同的性质于一身(有流体特性又兼具金属特性)。

指一种不定型金属,液态金属可看作由正离子流体和自由电子气组成的混合物。

图1

把熔点在室温附近的金属或合金材料被称为室温液态金属。

铷、铯、钫的放射性和高化学活泼性以及汞的易挥发性和高毒性,限制了它们在实际生活中的应用。

镓基/铋基/铟基/锡基金属及其合金等,是目前研究和应用最为普遍的液态金属材料。

图2

液态金属

在室温下,既展现出像水一样的可变形、可重构的流体特性,同时又表现出高导电、导热性能的金属特性。

一类物理化学性质十分新奇的新型功能材料,在基础科学研究和前沿技术开发中都拥有极为丰富的探索空间。

例子:镓

具有极宽液相区(熔点29.76℃、沸点℃)、极低饱和蒸气压、无毒以及较好生物相容性等特点。

1、液态金属有巨大的表面张力

例如,镓基液态金属的表面张力约为水的10倍,巨大的表面张力使液态金属倾向于缩成球形液滴。

2、镓基液态金属的另外一个重要属性

极易氧化并形成纳米级氧化物表皮,表面氧化层“皮肤”一旦形成,其表面张力会大幅降低。氧化层一旦被去掉,高表面张力又会立刻恢复。

图3

通过电或化学的手段,调节液滴表面张力,可以实现液滴大尺度变形、定向运动、渗透等。

氧化层“皮肤”赋予镓基液态金属流体性质的同时,还赋予其一定的机械性能,并使其润湿和黏附行为发生改变,为实现液态金属电子器件的图案化创造了条件。

带动新技术应用体系构建

液态金属正带动新一代信息技术、新能源、先进制造、生物医学等领域的创新发展。

液态金属作为同时兼具流动性、高导热性、高体积相变潜热的材料,为先进散热技术带来了颠覆性变革。

例如

液态金属通过浸润性改性后制备的热界面材料,其热阻远低于现有硅脂基热界面材料;

图4

作为流体散热介质,其换热系数远高于现有液冷技术能达到的换热系数;

将液态金属(低熔点合金)作为相变热控材料,其具有传热迅速、单位体积相变潜热大、相变材料内温度梯度小、相变前后体积变化小等显著优势。




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