經(jīng)典科幻電影《終結(jié)者》系列中出現(xiàn)的T-1000和T-X型號終結(jié)者，可根據(jù)環(huán)境隨意變形，被子彈打穿后可自動修復(fù)，讓人們領(lǐng)略到了液態(tài)金屬機(jī)器人的魅力。全世界的科學(xué)家們正努力探索著液態(tài)金屬的奧秘，逐步拉近科幻與現(xiàn)實(shí)的距離。而中關(guān)村里一個科研小組關(guān)于“仿生型自驅(qū)動液態(tài)金屬軟體動物”的最新發(fā)現(xiàn)，又把這一距離拉近了一步。這個科研小組，就是中科院理化所研究員劉靜帶領(lǐng)的清華大學(xué)和中科院理化所聯(lián)合研究組。今天，小編就為您講講液態(tài)金屬與這個小組的那些事兒。

　　說起液態(tài)金屬，人們自然會想到“水銀”這種在室溫下“像水一樣流動”的金屬。但在科學(xué)研究領(lǐng)域，液態(tài)金屬目前存在著兩個研究方向，一是泛指非晶合金，常溫下呈固態(tài)，并不能“像水一樣流動”，比如傳說中的世界第一款液態(tài)金屬智能手機(jī)Turing Phone，采用的就是這種非晶合金，外表看起來，跟普通金屬沒什么區(qū)別，液態(tài)金屬的稱呼其實(shí)有點(diǎn)誤導(dǎo)群眾的成分在里面，之所以叫做液態(tài)金屬，那是因?yàn)檫@種材料是將某些金屬熔體，以極快的速率急劇冷卻，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)呈高溫下液態(tài)時的原子無序狀態(tài)，即非結(jié)晶狀態(tài)。這種結(jié)構(gòu)與玻璃相似，故又稱金屬玻璃。另一個方向，就是中關(guān)村這個科研小組的研究方向，他們研制出來的液態(tài)金屬，真的能夠在室溫下“像水一樣流動”。據(jù)科研小組首席科學(xué)家劉靜研究員介紹，他們研究的液態(tài)金屬具有三大基本物理特性：一是常溫(200℃以內(nèi))常壓下呈液體狀態(tài)，二是由無毒穩(wěn)定的低熔點(diǎn)金屬合金構(gòu)成(典型者如鎵基合金)，三是導(dǎo)電性能好，導(dǎo)熱性能佳。

　　據(jù)了解，中關(guān)村的這個科研小組在液態(tài)金屬研究和應(yīng)用領(lǐng)域做出了四大開創(chuàng)性貢獻(xiàn)。

　　貢獻(xiàn)一：全球首創(chuàng)液態(tài)金屬芯片冷卻技術(shù)，開啟變革傳統(tǒng)超級散熱新途徑。科研小組研制的液態(tài)金屬具有優(yōu)異的換熱能力，熱導(dǎo)率為水的60倍左右?；诖隧?xiàng)性能，他們研制出了系列液態(tài)金屬CPU散熱器產(chǎn)品，與傳統(tǒng)散熱器產(chǎn)品相比，散熱性能明顯提高，并成功推向市場。而由此發(fā)展的散熱技術(shù)，在高熱流密度及大功率電子芯片和高強(qiáng)度光電器件等產(chǎn)品中已展示出極大的價值，更為解決國防領(lǐng)域的極端散熱需求提供了新途徑。

　　貢獻(xiàn)二：原創(chuàng)性提出液態(tài)金屬印刷電子學(xué)思想，成功研發(fā)出世界首臺液態(tài)金屬個人電子電路打印機(jī)。在科研小組的實(shí)驗(yàn)室，記者看到，一張透明薄膜放進(jìn)外觀與普通打印機(jī)并無太大差別的機(jī)器中，沒多大一會兒，一個復(fù)雜薄膜電路版就呈現(xiàn)在眼前。創(chuàng)造這個奇跡的，就是液態(tài)金屬個人電子電路打印機(jī)。這個打印機(jī)最大的與眾不同之處，就是使用的墨水不是油墨，而是液態(tài)金屬。這也為個人電路設(shè)計(jì)帶來了全新機(jī)會。為把這項(xiàng)技術(shù)服務(wù)于大眾，科研小組在中關(guān)村主導(dǎo)成立了夢之墨科技有限公司，努力將這一重大科研成果轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)力。

　　貢獻(xiàn)三：全球首創(chuàng)液態(tài)金屬神經(jīng)連接與修復(fù)技術(shù)，為應(yīng)對重大醫(yī)療技術(shù)挑戰(zhàn)帶來前所未有的觀念性變革。眾所周知，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)遍布于人體全身，因而神經(jīng)損傷與斷裂在醫(yī)學(xué)上極為普遍。神經(jīng)纖維一旦被徹底切斷或破壞，唯一的希望只能是將這些分隔的末梢盡快連通。這是因?yàn)?，神?jīng)信號一旦持續(xù)中斷，患者對應(yīng)的肌肉功能即會隨之減退、萎縮，直至造成永久性的功能缺失乃至截癱。當(dāng)前，治療周圍神經(jīng)損傷的“金標(biāo)準(zhǔn)”在于自體神經(jīng)移植，但卻受到供區(qū)神經(jīng)來源不足、神經(jīng)結(jié)構(gòu)和尺寸不匹配等限制。因此，尋找合適的神經(jīng)移植替代物長期以來一直是神經(jīng)修復(fù)領(lǐng)域中的重大挑戰(zhàn)。近年來，顯微外科和納米材料學(xué)的發(fā)展為斷裂神經(jīng)修復(fù)帶來了新希望，但仍受到諸如導(dǎo)通能力不足，神經(jīng)功能恢復(fù)不暢等制約?？蒲行〗M經(jīng)過實(shí)驗(yàn)，首次證實(shí)了以液態(tài)金屬作為高傳導(dǎo)性神經(jīng)信號通路的可行性。他們通過建立牛蛙腓腸肌模型，采用液態(tài)金屬連接剪斷的神經(jīng)組織，借助微弱電刺激試驗(yàn)探明了液態(tài)金屬神經(jīng)傳導(dǎo)的優(yōu)勢。結(jié)果表明，利用液態(tài)金屬連接的神經(jīng)模型能很好地傳遞刺激信號，與剪斷前的正常神經(jīng)組織在信號傳導(dǎo)方面具有高度的一致性和保真度，顯著優(yōu)于傳統(tǒng)的林格氏液。與此同時，由于液態(tài)金屬在X射線下具有很強(qiáng)的顯影性，因而在完成神經(jīng)修復(fù)之后很容易通過注射器取出體外，從而避免了復(fù)雜的二次手術(shù)。這一方法為神經(jīng)連接與修復(fù)開辟了全新方向。

　　貢獻(xiàn)四：在世界上首先發(fā)現(xiàn)“仿生型自驅(qū)動液態(tài)金屬軟體動物”，為液態(tài)金屬柔性智能機(jī)器的研制和應(yīng)用提供了理論基礎(chǔ)。在科研小組實(shí)驗(yàn)室，出現(xiàn)了這樣一幕：電解液中，直徑約5毫米的液態(tài)鎵金屬球，吞食了0.012克鋁之后，能以每秒5厘米的速度前進(jìn)。而在各種槽道中前行時，可以隨槽道的寬窄自動變形調(diào)整，遇到拐彎時停頓下來，略作“思考”后，蜿蜒前行。整個過程宛如科幻影片中的機(jī)器人“終結(jié)者”。據(jù)劉靜研究員介紹：“液態(tài)鎵合金和活潑的鋁發(fā)生化學(xué)反應(yīng)后，形成內(nèi)生電場，引起液態(tài)金屬表面張力不平衡，從而對易于變形的液態(tài)金屬產(chǎn)生強(qiáng)大推力；另一方面，上述電化學(xué)反應(yīng)過程中產(chǎn)生的氫氣也進(jìn)一步提升了推力。這種雙重作用產(chǎn)生了超常的液態(tài)金屬馬達(dá)行為?！眲㈧o表示，由剛體材料制成的運(yùn)動機(jī)器，甚至是自然界中的生命體，通常只能被切割分開，不具備自動融合能力。現(xiàn)在液態(tài)金屬可自動組裝、融合并能隨意變形。這種柔性機(jī)器對未來智能材料、柔性血管機(jī)器人設(shè)計(jì)，以及流體力學(xué)研究都具有重要啟示。

　　(稿件由中關(guān)村管委會提供)