我国液态金属研究再获突破 产业新应用或拓宽

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中国证券报11月11日从中国科学院获悉，近日，中国科学院物理与化学研究所低温生物与医学研究组首次报道，液态金属的自由塑性效应可以稳定地呈现在石墨表面的任何形状，实现了反向重力模式下的爬升运动。这项研究作为封面文章发表在《高级材料》杂志上。以前，金属液滴通常以球形存在于电解液中，由于其高表面张力，其成型能力和变形方式相对有限。

在这篇题为《液态金属在石墨表面的操纵》的论文中，研究小组首次发现，通过引入石墨基体，液态金属在电解质环境中可以灵活地塑造成各种尖锐的图案，如条形、三角形、正方形、环形等多种任意形状。到目前为止，虽然液态金属的形状可以通过施加电场而短暂改变，但是一旦外部电场被消除，液态金属将在其表面张力的作用下迅速缩回到球体中，并且先前的结构不能被保持。这一次发现的液态金属的自由扩散和造型效果，为柔性变形机器人(300024，BUY)乃至4d印刷的发展提供了新的方向。

实验表明，当一滴液态金属放在浸入氢氧化钠溶液中的石墨表面时，液态金属会自动散开形成扁平的饼状，这与玻璃基板上的液态金属有很大不同。这种扩散效应的原因主要来自液态金属与石墨基体之间的电化学相互作用。在碱性溶液中，石墨表面通常带正电荷，而液态金属表面带负电荷。当这两个导体接触时，电荷将从液态金属流向石墨，液态金属的表面将被氧化形成氧化膜，这将显著降低其表面张力。此时，液态金属处于类似于泥浆的状态，可以随意成型为各种形状。本研究首次实现了液态金属在开放液态环境中的自由成型，突破了液态金属元件原有的调节模式，在非晶柔性电子器件、可变形智能机械乃至先进制造的设计中具有重要价值。

此外，基于液态金属在石墨表面的自由成型效应，研究人员探索了液态金属在电场作用下不同于塑料、玻璃等传统基材的丰富的物理化学图像，初步揭示了其独特的变形和蠕变行为的内在机理。有趣的是，作者还首次揭示了自由空中电控液态金属的爬行爬升能力，并实现了反向重力模式下的运动。然而，对于传统材料，液态金属由于其巨大的重力和光滑的表面，很难被外部电场拉向重力。这一新发现拓展了近年来出现的液态金属柔性机械的理论和技术内涵。