一根處理過的銅絲被液態金屬迅速吞入，隨后在液態金屬機體上做長時間往復穿梭運動，如同一根正在演奏中的小提琴琴弦。

    不久前，在中國科學院理化技術研究所研究員劉靜的實驗室里，科研人員向《中國科學報》記者介紹了他們首次發現并報道的上述奇妙現象。這里的室溫液態金屬是一大類物理化學行為十分獨特的新興功能物質，然而其諸多屬性和用途卻長期鮮為人知。

    劉靜率團隊跟液態金屬打了十多年交道，率先揭開了液態金屬諸多全新的科學現象、基礎效應和變革性應用途徑，在廣泛應用領域實現了全面突破，相關成果被認為是人類利用金屬的第二次革命。

    “雀躍”的液態金屬

    鎵基液態合金可在“吞食”少量物質后，以可變形機器形態長時間高速運動，實現無需外部電力的自主運動。劉靜團隊在世界上首次發現了這種異常獨特的現象和機制。

    “我們的發現將為可變形液態金屬機器人的研制開辟新通道。”劉靜告訴《中國科學報》記者，“比如，研制實用化智能馬達、血管機器人、流體泵送系統、柔性執行器乃至更為復雜的液態金屬柔性智能機器人。”

    劉靜將團隊的發現命名為“液態金屬軟體動物”。它們一系列非同尋常的習性已相當接近一些自然界簡單的軟體生物，比如：能“吃”食物（燃料）、能自主運動、可變形、具備一定代謝功能（化學反應）。

    團隊發現的自驅動液態金屬機器引申出了全新的可變形機器概念，劉靜認為這將顯著提速高級柔性智能機器與高仿生機器人的研制進程，同時對于發展超越傳統的柔性電源和機械動力系統也極具價值。

    因此，劉靜團隊的此項研究入選“2015兩院院士評選中國十大科技進展新聞”，劉靜本人也入選“CCTV科技盛典2015十大創新人物”。

    今年早些時候，劉靜團隊還首次報道了一類有趣的液態金屬褶皺波效應：浸沒于環狀石墨電極之間電解液中的液態金屬，可在電磁場誘導下形成各式各樣對稱的褶皺波圖案。

    因為外加電場改變了液態金屬表面的電荷分布，繼而形成表面張力梯度，由此導致的電毛細力會使得液態金屬發生對稱形變。劉靜向記者進一步解釋了該原理，結合表面張力以及石墨電極與永磁體作用，液態金屬可因洛倫茲力發生旋轉繼而失蹤，由此形成更為豐富的流體形態。

    劉靜希望能夠窮盡一生的努力去發現液態金屬更多有趣的現象，并揭示其原理和機制，最終可將液態金屬應用于各行各業。

    夢之墨的誕生

    眾所周知，金屬3D打印是當今增材制造領域的難點和制高點，由于受技術瓶頸及成本限制，現有裝備一般限于工業級應用，尚無法實現大眾化和普及化。劉靜團隊不僅首次提出室溫3D金屬打印、液相打印以及機電一體化復合打印技術，還研發出商用設備。

    劉靜團隊提出了一系列快速制造電子電路及功能器件的學術思想、技術發明以及旨在發現新型電子墨水的液態金屬材料基因組策略，被認為有望改變傳統電子及集成電路制造規則。

    這里的液態金屬印刷電子學顛覆了傳統電子工程學的制造理念，其“所見即所得”的電子直寫模式為發展普惠型電子制造技術、重塑個性化電子提供了變革性途徑，且快速、綠色、低成本。

    經過刻苦攻關，劉靜團隊研發出世界首臺液態金屬桌面電子電路打印機，該液態金屬打印機解決了金屬墨水表面張力高難以通過常規方法平穩驅動的難題。

    在此基礎上，團隊還首次提出并證實了可在任意固體表面和材質上直接制造電子電路的打印技術，研制出具有普適意義的液態金屬噴墨打印機，從而使得“樹葉也可變身電路板”。

    這項電子電路打印技術被業界評論認為“圍繞在不同表面打印電路的競賽可以終結了”，同時也打破了個人電子制造技術的瓶頸和壁壘，使得在低成本下快速、隨意制作電子電路特別是柔性電子器件成為現實，預示著電子制造正逐步走向平民化。

    劉靜指出：“我們的液態金屬3D打印技術改變了傳統3D打印主要限于聚合物或高熔點金屬的格局。”在“大眾創業，萬眾創新”的巨大需求下，劉靜開始嘗試將實驗室里的技術推向市場。

    2014年年末，劉靜在中關村創設了北京夢之墨科技有限公司（以下簡稱夢之墨）。2015年，世界首座液態金屬科技館在云南宣威拔地而起，世界首條液態金屬電子手寫筆生產線和電子油墨生產線也在當地建成。

    未來應用的展望

    未來，液態金屬還有很多可以大展拳腳的領域，比如在醫療健康領域，獨特的液態金屬材料將帶來觀念性變革。

    針對若干世界性重大醫學難題和技術挑戰，劉靜團隊構建了液態金屬生物材料學全新領域，他介紹說：“我們的研究涉及神經連接、血管造影、腫瘤治療、骨骼修復、注射電子、皮膚電子等核心問題，這些方法顛覆了傳統醫學科學理念，突破了已有技術的瓶頸，將為全新醫療技術體系的創建帶來新曙光。”

    比如，劉靜團隊研發了一種全新原理的液態金屬神經連接與修復技術，通過迅速建立損傷神經之間的信號通路及生長空間，可大幅提高神經再生能力并顯著降低肌肉功能喪失的風險。

    與此同時，由于液態金屬在X射線下具有很強的顯影性，因而在完成神經修復之后很容易通過注射器取出體外，可避免復雜的二次手術。這一方法為神經連接與修復這一世界性醫學難題的解決開辟了全新方向，被認為是“令人震驚的醫學突破”。

    談及應用，劉靜深感欣慰，這么多年來，在他的實驗室里誕生了“第一張灌注液態金屬的心臟圖像”“液態金屬人體外骨骼技術”“一個化學常識引發的顛覆性腫瘤治療方法”“世界首個液態金屬機器人”……

    他由衷地感慨道：“一個人的時間和精力太有限了，我希望能潛心科研，掌握更多液態金屬的特質，至于產業化的推廣我和團隊歡迎能有更多專業人士加入，大家共同推動液態金屬在各技術領域帶來顛覆性變革。”

    延伸閱讀

    “液態金屬”，指的是一種不定型金屬，液態金屬可看作由正離子流體和自由電子氣組成的混合物。液態金屬成形過程及控制，液態金屬充型過程的水力學特性及流動情況充型過程對鑄件質量的影響很大可能造成的各種缺陷，如冷隔、澆不足、夾雜、氣孔、夾砂、粘砂等缺陷，都是在液態金屬充型不利的情況下產生的。正確地設計澆注系統使液態金屬平穩而又合理地充滿型腔，對保證鑄件質量起著很重要的作用。

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責任編輯：王元

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