科迷們看過《終結者》系列嗎
電影為我們展示了
一種由液態金屬組成的強大機器人
它們擁有著超強的塑形功能
能夠隨意變化外形
並且能快速恢復原貌
《終結者》片段
看起來是不是很酷
殺傷力極強
無法毀滅的液態金屬機器人
在當時看來是天馬行空
然而
如今可能會得到實現
近日，來自中科院理化所和清華大學醫學院生物醫學工程系的劉靜教授團隊，提出
“輕質液態金屬”概念，併發明瞭一種前所未有的輕質量液態金屬材料，該項工作發表在期刊《先進功能材料》上。而且，研究中所展示的液態金屬材料，在許多方面甚至優於 “材料之王” 石墨烯。
研究中已展示的輕質液態金屬，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、可在液態和固態之間靈活轉換特性等。這些是有機物不易具備之處，也大多不是石墨烯的特性。石墨烯由於不易變成液體，這使其在許多場合上的應用不及液態金屬，比如作為電子墨水、3D 打印材料、注射骨骼、外骨骼、機器人。
我們常見的金屬都是硬邦邦的固態，那什麼是液態金屬呢？
電子領域，液態金屬可以作為墨水用於 3D 打印直接生成電子電路；在醫學領域，因其與人類有良好的相容性，可以將神經電信號連通，用以修復斷裂神經。
液態金屬可以製造水下設備，改造機器人或製造輕巧的外骨骼（來源：MandriaPix）
舉個很常見的例子：水銀。不過，諸如水銀這樣的液態金屬，對於環境和人體健康有較大的損害，這大大限制了它的應用範圍。而且，一般金屬的密度都比較大，如果在產品中加入大量的液態金屬可能會使得產品難以攜帶，這也成為液態金屬不便應用的一個瓶頸。
所以，科學家們一直渴望完美的液態金屬，應當可塑性高，對環境無害，並且密度很輕。
而劉靜團隊研發的複合材料（簡稱 GB-eGaln ）, 是由空心玻璃微珠與液態金屬構成，其密度已從鎵銦合金最初的幅值 6.2 g/cm3 降低至 0.5g/cm3 以下，使其擁有身輕如燕以至於可漂浮於水面的能力。
圖丨放置於葉面上輕盈的心型空心玻璃微珠 - 鎵銦共晶合金（來源：此篇論文）
基於如此思路合成的 GB-eGaIn，還具有優秀的可塑性及可重構性，可以先合成平面材料，然後經過類似 “摺紙” 的操作，製作想要的結構。除此之外，GB-eGaIn 還能利用模具製作複雜的三維結構，例如下圖中由 GB-eGaIn 製成的 “小馬” 。
圖丨GB-eGaIn 製成的複雜結構舉例（來源：此篇論文）
開創性地提出了加入空心玻璃微珠製作符合液態金屬材料的思路之後，功能化液態金屬材料的大門也得以打開。
除了製作複雜結構，研究團隊發現，通過對輕質液態金屬材料進行再加工，例如添加一些有特殊性質的材料（磁性材料等），還可以賦予液態金屬更多的功能性。
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。
圖丨GB-eGaIn 結合磁性材料在水中的實驗（來源：此篇論文）
論文的最後一段，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構中加入磁性、電學特性等功能材料，能夠大大地增加液態金屬功能性。
劉靜還提出了更多的設想：“Glass Bubbles 可做成真空，厚薄度及尺寸等可調，沿此路線，甚至可實現能漂浮於空氣中的輕質液態金屬，這會打開許多應用的想象空間。本文展示的液態金屬物密度已覆蓋較大範圍，從水的幾分之一到數倍。實際上，除了 Glass Bubbles 外，各種各樣的外來物均可加載到液態金屬中形成輕質材料，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製輕質液態金屬的方向和應用。”
功能性材料最終目的還是落在實際應用層面。這種輕質液態金屬材料，製程以及材料本身對於環境的影響也不大，在應用層面來說應當是前途無限的。
關於應用層面，劉靜也顯得十分樂觀，提出了一些十分有趣的方向，也足見劉靜是十足的科幻迷：
未來應用方向多元化
1. 可變形柔性機器人（類似於科幻電影《終結者》機器人）；
2. 用於單兵保護的可在固態和液態之間切換的剛柔相濟型輕質外骨骼（類似於科幻電影《阿麗塔》《鋼鐵俠》中的皮膚）；
3. 可注射骨骼，用於人體受損骨骼包括牙齒等的快速修復（類似於科幻電影《金剛狼》）；
4. 輕質舒適型可穿戴電子；
5. 類似於潛艇那樣的可在海水中上浮下沉的柔性機器人；
6. 空中航行執行任務的可變形飛行器。
當然，在工業應用方面仍有需要攻克的技術難題，例如：
製成材料的質量和均勻性、穩定性；
成品材料多次重複使用的均勻性、可靠性；
特定性能的保障，如電學特性、磁性、固化後強度、剛度等；
與外界調控單元的結合比如剛柔相濟型人體外骨骼系統研製等難題。
“這些難題均需要通過從底層材料、加載物以及製備工藝、應用系統等多個環節加以保障，甚至針對特定應用包括生物醫學應用場合，還需考察更多如生物相容性問題等等”，劉靜說。
儘管現階段
類似科幻電影中
液態金屬應用的實現仍有距離
但現在
至少我們又擁有了一個新可能性的開始
來源：@DeepTech深科技、學術頭條
趙英明老公，我勸你把這些東西一起買了
成都有AI，看病更有“愛”！
寒假還沒結束，五一又來了？？
