“在原創科技方面中國今后能向世界輸出什么?我認為液態金屬可算一個。”去年12月下旬,在云南省宣威市舉行的首屆液態金屬產業技術發展論壇上,中科院理化技術所雙聘研究員、清華大學教授劉靜如是說。
劉靜所說的液態金屬是指在常溫常壓下像水一樣呈液態的金屬。對常人來說,除了水銀,幾乎很少能見到液態金屬。
去年3月,國內外媒體刊登了一則消息:劉靜團隊在世界上首次發現,鎵基液態合金吞食少量“食物”(鋁)后,可以在各種形態之間轉換,并實現了自行驅動的快速前進。這個基礎科學領域的最新進展令人如癡如“幻”。液態金屬走進了公眾視線。
在論壇上,劉靜以“液態金屬:一個全新工業的崛起”為題,闡釋了中國液態金屬發展在全球的地位及前景。
劉靜介紹,他和團隊研發出一系列在世界上廣有影響的原創技術,如世界首支液態金屬電子手寫筆,可直接繪制電路;借助世界首臺液態金屬電子電路打印機,只需在電腦上畫好電路圖,就可將其直接打印出來;首臺室溫3D金屬打印機,則可實現更為復雜的功能器件。而人們平時用的電路板,需要經過繁瑣昂貴的腐蝕工藝也即減材制造途徑獲得線路,既耗時耗材,又造成污染。
美國NASA在2014年將液態金屬冷卻列為十大前沿方向之一。而在此前的十多年間,劉靜團隊早已系統研究了液態金屬諸多優異的傳熱性能和流動特性,首創的系列液態金屬散熱器已用于多個領域。最令人振奮的是,除散熱器之外,其他一些技術如電子手寫筆、電子電路打印機、3D打印設備等也已進入工業化生產制造環節。
論壇上,劉靜還向與會者講解了更多液態金屬的神奇:在軟塑料上“打印”電路可制造能彎曲、伸展的柔性電路板,用手寫筆快速制作LED電子顯示屏,在皮膚、樹葉上書寫電路,為大功率、高集成度LED芯片散熱等。
把液態金屬打印在樹葉、皮膚上有什么意義?劉靜說,這代表了液態金屬打印的普適性,可用于在各種表面制造電子電路;而皮膚打印,如在特殊情況下將醫用電路和傳感器印制到病人的頭部,則可通過手機隨時了解顱內的有關生理變化。
3D打印當下很時髦,但多集中于塑料、聚合物等材料上。劉靜團隊為此研制出液態金屬室溫3D打印設備,提出并實現了液相快速打印金屬,以及非金屬材料與金屬材料的混合3D打印等,這在世界上屬于開創性工作。劉靜認為,“這將催生功能器件終極混合制造技術。”
在論壇上,劉靜還介紹了團隊在生物醫學領域的突破性工作,如液態金屬高分辨CT成像、阻塞血管腫瘤治療技術以及注射電子、液固轉換型金屬骨骼等。特別是,針對斷裂神經修復這一世界性難題,劉靜團隊采用液態金屬“搭橋”,成功實現了神經連接,這一開創性工作已被國際多家媒介報道。
“人類文明的發展史啟示我們:一類材料,一個時代。”劉靜說,中國在液態金屬領域有幸走在世界的前列,我們希望能把握這一重大歷史機遇,在中國建成世界級的液態金屬谷。