2022
07/05
相关创新主体

    创新背景

    在一些科幻电影里,“液态金属”机器人被打穿的地方会自动修复,被火烧化后很快又能恢复原形……“液态金属”机器人不可思议的能力超乎观众想象。现在,这个充满科幻色彩新型功能材料——液态金属正逐渐从实验室、产业基地向我们日常生活走来。

    一般的金属材料晶体,是原子排列具有一定规律的物质,所以正常情况下金属是固态的。而液态金属的分子排列则是无规律的,即不定型金属,也称非晶合金或金属玻璃,是正离子流体与自由电子气组成的混合物,在常温下呈液态,拥有独特的原子结构。

    通过围绕深熔点(也称为“共晶体”)合金组成的设计,可以将合金从液态冷却至室温而不形成晶体结构。然后通过快速冷却,可以将“液态”原子结构捕获到非结晶固体中,产生一类新的金属合金,这就形成了非晶金属或液态金属。

    液态金属是一大类合金材料,通常是指熔点低于300摄氏度的低熔点合金,常温或工作状态下为液态,具有液态温区宽、导热率高、导电性好等特性。也就是说,液态金属就是常温下呈液态,可流动并且能导电的金属。

    液态金属的制造工艺无需高温冶炼,环保无毒,可广泛应用于工业制造、航空航天、军工国防、生物医疗、教育与文化创意等领域,特别是在医学等领域从理论研究到实践运用实现了较大突破。

    液态金属具备了其他金属或者合金材料所没有的优势。质量更轻,强度却更硬,是不锈钢的3倍,铝、镁合金的10倍以上。同时还具有高弹性,能一次成型,免去加工的繁琐程序。

    此外液态金属还具有流动性、导电性强、热导率高等特点。可广泛应用于工业制造、航空航天、军工国防、生物医疗、教育与文化创意等领域。

    创新过程

    使用传统石膏固定受伤骨折的手臂,不仅十分沉重,而且会使患者的行为举止十分不便。而现在可以利用液态金属制作外固定支具,让患者从沉重的石膏中解脱出来。

    宣威市第一人民医院已经开始使用液态金属制作的骨科外固定支具(又称“外骨骼”)进行治疗。

    液态金属“外骨骼”可以用于肩关节、肘关节、指骨、掌骨、手臂等许多部位。它克服了石膏笨重、易折断、不透气的劣势,贴合患者、即拆即用,非常方便。与传统的石膏相比,液态金属在加热后可随意揉捏。这种利用液态金属制造的“外骨骼”,不仅包裹感好,质量轻巧,而且解决了传统石膏拆装不便的问题,在使用过程当中,只需要控制液态金属材料的温度,就可以实现金属在液态和固态间转换,现场实现和患处的塑形。

    不仅如此,液态金属“外骨骼”不同于石膏仅能一次性使用,其可以反复使用,能够为患者节约医疗费用,并且更加环保。

    液态金属制作的“外骨骼”在加热前,俨然一块硬钢板。加热几分钟后,钢板就变得可以随意揉捏,就像玩具彩泥。戴在手腕关节处捏紧压实,几分钟后又恢复了硬度,把手腕关节裹得严严实实,就像戴着一个加大号的运动护腕。颈椎、肩关节、腰椎、指骨等许多部位发生骨折,都可使用“外骨骼”,“外骨骼”是液态金属走向应用的一次飞跃。

    而“外骨骼”只是液态金属应用的一个代表。3D电子手写笔、电子油墨、导热片、芯片散热器、液态金属光伏叠瓦组件、液态金属LED智能玻璃屏……液态金属领域的基础与应用研究已从最初的冷门,发展成当前备受世界范围广泛关注的国际重大科技前沿,影响范围甚广。

    从目前实验室的研究成果来看,已经证实液态金属具有很多优秀的技能,在轴承、铰链、SIM 卡托/SIM 卡针、夹具、高尔夫杆头、钟表结构件等领域有了一些尝试性的应用。例如一些高端手表品牌,表内的数字和刻度由液态金属制成,能够抵抗磨损与腐蚀。液态金属材质的卡针、SIM卡托槽、转轴,一些液态金属散热器产品也在许多品牌的手机中能看到。

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