液态金属:当科学邂逅科幻

作者: 潘颖

来源: 赛先生

发布日期: 2015-05-01

我国科学家首次发现常温下液态金属无需外部电力自主运动的现象,采用镓铟锡合金,能够通过摄入铝实现长时间运动。该发现引发了对液态金属在未来生活中应用的广泛关注,研究团队领头人刘静教授表示,液态金属的特性和应用潜力巨大,未来可能在电子制造等领域带来革命性变化。

上月,我国科学家在世界上首次宣布发现了“常温下为液态的金属可无需外部电力自主运动”的独特现象和机制,进而引发国内外知名科学杂志或专业网站的关注。公众更是由此唤起了对电影《终结者》中那个永远打不死的液态金属机器人的记忆。

液态金属究竟有何神奇之处?人类的科学幻想,真的将要再一次变为现实吗?在我们的生活中,液态金属又将以怎样的“角色”出现?为解开与此相关的一连串疑问,《赛先生》专访了做出这一发现的实验团队领头人、清华大学医学院与中科院理化技术研究所双聘教授刘静。

2015年4月24日,国际领先的材料科学期刊《先进材料》发表了一篇由我国科学家撰写的论文《仿生型自驱动液态金属软体动物》,宣布在世界上首次发现了一种异常独特的现象和机制:常温下为液态的金属可无需外部电力自主运动。

这一液态金属采用的是镓铟锡合金,其在常温下为液状,将它置于氢氧化钠溶液中,镓基液态合金可通过“摄入”铝作为食物而实现高速的长时运转,一小片铝即可驱动直径约5 mm的液态金属球实现长达1个多小时的持续运动,速度高达5cm/s。

这种柔性机器既可在自由空间运动,又能于各种结构槽道中蜿蜒前行,并随槽道宽窄自行作出变形调整。该文曾于3月初在线率先发表,刊出后迅速被《新科学家》《自然》《科学》杂志网站等数十个知名科学期刊或专业网站报道和评论,公众更是因此唤起了对科幻电影《终结者》中那个用液态金属构成的永远打不死的机器人T-1000的奇幻记忆,其被子弹打穿后可自动修复,如流体般随意变形,行动范围不受环境空间的限制。

但科幻归科幻,液态金属的发展前景还要由科学实验来奠基。近日,《赛先生》为此专访了做出这一发现的团队领头人、清华大学医学院与中科院理化技术研究所双聘教授刘静。刘静在美国加州参加国际会议期间。

从科学上来讲,这种电化学能驱动金属机器运动的机理和机器形式,完全是崭新的发现。试验中令人惊奇的是,我们所采用的作为金属机器主体的镓铟锡合金几乎不会发生自身消耗。刘静表示,控制运动速度主要取决于燃料,也就是“喂”给它的食物的多少,以及电解液温度、浓度等等。对于方向控制的问题,如果液态金属在槽道运动的话,它自然是按照槽道走;若处于自由空间,要控制机器的运动方向其实就看如何设计燃料的安放部位。

刘静提到,液态金属机器同样需要一个外在的辅助材料让其保持形状。液态金属的表面特性问题曾一度让他们感到棘手,它很难粘附在各种介质的表面,液态金属的液滴会像水珠一样滚来滚去。为此,他们反复做了很多实验,最终通过表面改性解决了这个问题。

在液态金属的研究上,刘静的团队很少得到项目经费,去年申报的无一幸免,都没通过,但他从不怀疑全世界一定会广泛应用这些技术。目前,实验室的基础研究经费主要来源于合作的企业,通过技术转让和课题资助维持团队的运转。刘静认为,液态金属是“天生我材必有用”的材料,未来将迎来液态金属的工业时代。

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