前瞻科技
| 综述与述评 2025, 4(1): 81-91
液态金属前沿研究及产业发展建议
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作者信息
- 1.中国科学院理化技术研究所，北京 100190
- 2.中国科学院大学未来技术学院，北京 100049
作者简介：邓中山，研究员，博士研究生导师。主要从事液态金属功能材料及应用、先进散热技术、低温生物医学等研究。承担了国家“863”计划、国家科技支撑计划、国家自然科学基金、中国科学院仪器研制等项目20余项。获中国电子学会电子信息科学技术奖、中国制冷学会技术发明奖一等奖、中国国际高新技术成果交易会优秀产品奖6项、中国科学院北京分院科技成果转化特等奖2项等。出版著作4部，发表论文100余篇。申请发明专利80余件。电子信箱：zsdeng@mail.ipc.ac.cn。
Frontier Research of Liquid Metal and Industrial Development Suggestions
Affiliations
- 1. Technical Institute of Physics and Chemistry, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100190, China
- 2. School of Future Technology, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
出版时间: 2025-03-20
doi: 10.3981/j.issn.2097-0781.2025.01.008
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摘要
收起
液态金属前沿材料引发了芯片冷却、电子制造、生物医学及柔性机器人等领域的颠覆性技术突破，促成了一系列有着重大应用价值的新兴工业领域的形成和发展，为大量高新技术产品的创制注入了新的活力。文章综述了液态金属前沿材料的国内外发展历程与态势，阐述了我国在液态金属领域的优势，并分别从液态金属新材料创制与创新应用两方面对未来需布局的方向进行了剖析，最后针对液态金属前沿研究和产业发展提出了建议。
液态金属
/
热管理技术
/
印刷电子
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生物材料
/
柔性机器
Liquid metal frontier materials have triggered disruptive technological breakthroughs in chip cooling, electronics manufacturing, biomedicine, and flexible robots, promoting the formation and development of a series of emerging industrial fields with significant application value and bringing new vigor to the creation of a large number of high-tech products. This review summarized the development history and trend of liquid metal frontier materials in China and abroad, described the advantages that China has achieved in the field of liquid metal, analyzed the direction of future plans from the aspects of creation and innovative application of liquid metal materials, and finally put forward suggestions for the frontier research and industrial development of liquid metal.
liquid metal
/
thermal management technology
/
printed electronics
/
biomaterial
/
flexible robot
邓中山.
液态金属前沿研究及产业发展建议.
前瞻科技,
2025
, 4
(1)
: 81
-91
.
DOI: 10.3981/j.issn.2097-0781.2025.01.008
Zhongshan DENG.
Frontier Research of Liquid Metal and Industrial Development Suggestions[J].
Science and Technology Foresight,
2025
, 4
(1)
: 81
-91
.
DOI: 10.3981/j.issn.2097-0781.2025.01.008
正文
收起
在科技飞速发展的今天，材料的创新不断为各个领域带来颠覆性的变革。其中，液态金属以其独特的性质和广泛的应用前景，逐步受到学术界和产业界的广泛关注。液态金属通常是指熔点在室温附近的金属或合金，具有优异的导电和导热性能，在目前已知液体材料中，液态金属的电导率和热导率均为最高，其也是一类集金属与流体特性于一体的多功能材料。液态金属的典型代表包括镓基合金、铋基合金、锡基合金等，在常温或工作温度下呈现液体状态。与固体金属材料相比，液态金属具有流动性好、液态温区宽、表面张力大、易被改性等显著特征，同时还具备其他金属材料所不具备的低熔点特性，熔融或接近熔点的软化状态下的塑形能力使其能够更方便地打造出不同形态的产品。随着研究和应用的深入，液态金属的概念也在逐步延伸，以液态金属为基体材料，通过表面修饰或添加不同类别的纳米材料、高分子材料等，可以形成一系列稳定的液态金属复合功能材料，从而实现其电学、热学、磁学、光学、力学和化学等性质的按需调控。
近年来，通过国内外学者特别是中国科学家的大量原创性工作，液态金属研究已从最初的冷门发展成当前国际上备受瞩目的重大科技前沿和热点，为众多行业带来了颠覆性解决方案和实现手段，正为能源、热控、电子信息、先进制造、国防军工、柔性智能机器人及生物医疗健康等领域的技术带来变革。发展液态金属材料与器件具有重大工业价值和科技战略意义，相关技术所形成的上下游产业链极为宽广，还为有色金属工业的发展带来了新的出口和支撑。
1 液态金属前沿材料国内外发展态势
收起
液态金属作为一类新兴的前沿材料，近年来在国内外都取得了显著的发展，展现出巨大的应用潜力和广阔的市场前景。中国在液态金属领域的研究与应用起步较早，且成果斐然，为全球液态金属前沿材料的发展作出了突出贡献。美国、德国、日本等发达国家也纷纷加大投入，试图在这一新兴领域抢占先机，国际竞争日益激烈。图1为近20年来液态金属领域论文发表及专利申请情况，可以看出，近年来无论是文章发表还是专利申请均呈现出快速增长趋势，这也从侧面反映了液态金属前沿材料的竞争态势。
1.1 国际发展态势
以往对液态金属的研究及应用主要包括汞、钠钾合金等。其中，由于汞对环境的影响及对人体的毒害作用，应用受到较大限制；而钠钾合金化学性质极其活泼，属于高度危险品，在过去主要应用于核堆的冷却与二次传热。文章所论述的液态金属如无特殊说明，主要指安全无毒的液态金属，其典型代表包括镓、镓基合金、铋基合金、铟基合金、锡基合金等，以及由这类材料制备的复合功能材料。
液态金属材料的应用作为正在兴起的国际重大战略性新兴产业前沿，正在为先进能源、电子信息、国防军事及医疗健康等领域带来颠覆性变革。液态金属前沿材料产业发端于中国，主要基于中国科研工作者的系列原创性成果。近年来，国外在液态金属材料研究及相关产业应用方面虽有部分尝试，但无论是从规模上还是从涉及行业的广度上均落后于中国。
从国际上来看，较早进入液态金属产业的有美国NanoCoolers公司，它成立于2004年，在初期融资阶段曾获得超过2 000万美元的投资用于开展液态金属芯片散热技术研究，并于2005年联合蓝宝石显卡厂商（蓝宝科技有限公司）发布了用于显卡芯片散热的液态金属散热器。丹麦Dantec Danamics公司也从液态金属散热着手获得了大量风险投资，并声称推出了基于钠钾合金的中央处理器（Central Processing Unit, CPU）液态金属散热器。但是以上两家企业的发展都不顺利，美国NanoCoolers公司已于2007年12月关闭，丹麦Dantec Danamics公司的产品因采用高度危险的钠钾合金，产品应用受到极大制约。值得一提的是，中国科学院理化技术研究所刘静研究团队拥有国际上首项液态金属芯片散热技术底层专利，该项专利申请于2002年。除液态金属散热器外，国外已发展的液态金属应用还包括热界面材料，代表性企业主要包括德国Coollaboratory公司、Thermal Grizzly公司等，均为这一领域商业化比较成功的企业，并且树立了自己的产品品牌。其中，Coollaboratory公司的代表性产品包括液态金属导热膏及导热垫；Thermal Grizzly公司的代表性产品为液态金属导热膏[1]。尽管这两家企业在液态金属热界面材料产业已取得一定成绩，但这些产品与芯片基底及散热器材料的浸润性还尚待提升，这在具体应用中会一定程度导致接触热阻的增大，从而削弱液态金属材料优异的导热性能。
国外在液态金属相关应用研究领域也进行了布局。在能源领域，一些发达国家的相关机构纷纷开始布局液态金属的应用。德国亥姆霍兹—德累斯顿罗森多夫研究中心、卡尔斯鲁厄理工学院，以及亥姆霍兹国家研究中心联合会的其他机构和相关大学在2012年联合成立了液态金属研究联盟，提高液态金属技术的能源与资源利用效率，其5年运行经费达2 000万欧元。美国加州大学洛杉矶分校、加州大学伯克利分校、耶鲁大学3所顶尖大学也于2012年启动了500万美元的科研项目，研究液态金属在太阳能热系统中的应用。在柔性电子领域，美国投资1.54亿美元，以资助开发能够支持国防制造的3D打印电子产品，并整合美国国防部、麻省理工学院、波音公司、通用公司等建立了柔性混合电子制造创新协会，其核心任务之一在于寻找高性能柔性导电墨水，液态金属已成为其重要选项。同时，美国空军研究实验室尝试将液态金属作为柔性电路的互联材料，正在进行镓基液态金属合金（Grallium-based Liquid Metal Alloys, GaLMA）射频电子研究。欧盟在第六、七框架计划（FP6、FP7）项目中也启动柔性电子技术专项，并成立产业界与学术界结合的联盟，以广泛推动这一项目。
1.2 中国发展态势
2002年，中国科学院理化技术研究所率先提出将镓基液态金属用于芯片冷却，开启了这类高安全性室温液态金属的应用研究。此后，团队先后开创了液态金属先进散热、液态金属印刷电子与3D打印、液态金属生物医学、液态金属可变形机器等多个领域的研究。作为极具标志性的前沿领域，中国在液态金属材料及应用技术方面具有完全自主产权，并处于国际领先水平，相关颠覆性技术突破了现有技术瓶颈，正在创新应用中快速推进，有望为中国尖端技术提供关键支撑。当前，液态金属前沿材料逐渐发展成国际热门研究领域，中国科学院理化技术研究所作出了巨大贡献，已出版著作16部（英文著作5部、中文著作11部），构建了液态金属物质科学与技术体系；已申请1 000余项专利，为中国有关重大前沿产业发展奠定了基础。在取得大量核心技术突破的同时，该团队还产出40余项全新的基础科学发现，在国际上产生了广泛的影响。
在热控与能源领域，中国团队最早基于液态金属散热技术发展出系列已投入市场应用的液态金属芯片散热器（图2）及大功率发光二极管（Light Emitting Diode, LED）液态金属高功率密度散热器，并发展了用于超级计算机的室温金属流体芯片冷却技术、可广泛用于能源领域的金属流体无水换热器、移动电子器件低熔点金属相变吸热技术、液态金属能量自动捕获与发电技术，以及纳米金属流体材料、液态金属热界面材料等。以液态金属热界面材料为例，由于液态金属热界面材料优良的导热性能，以及改性后与基底材料良好的润湿性[2]，在高性能消费电子产品的散热方面已发挥重要作用，并实现了规模化应用（图3）。液态金属作为一种新型的高性能热界面材料，其热阻显著低于传统热界面材料，可大幅降低芯片端的温升，从而保障芯片稳定而高效的工作。此外，液态金属还可作为填料与其他热界面材料进行复合，如传统导热硅脂等，从而发展出高导热性但电学绝缘的热界面材料，电子封装领域对此类材料的需求十分迫切。
自2002年起，经多年探索，中国科学院理化技术研究所于2011年3月发表的研究工作首次系统论述了所提出的基于液态金属的电子直写技术（Direct Printing of Electronics via Alloy and Metal Ink, DREAM-Ink），逐步创建了液态金属印刷电子技术[3]及基于液态金属的3D打印技术[4]，研发出世界上第一台液态金属桌面式电子电路打印机及室温下直接成型的液态金属3D打印机（图4）。以上液态金属打印产品已由北京梦之墨科技有限公司实施产业化。该公司围绕世界首创的液态金属电子增材制造技术开展研发及产业化应用，建立了桌面级电子电路快速制作系统、工业级柔性电子印刷服务平台等产品体系，可应用于移动通信、消费电子、汽车电子、物联网、创新教育等领域。这些工作打破了传统电子制造技术瓶颈，使得个人可在低成本下快速、随意地制作电子电路，特别是柔性电子器件成为现实，并有望在功能器件快速制造领域发挥作用。
在医疗健康领域，利用液态金属的导电性建立的神经连接与修复技术，通过迅速建立损伤神经之间的信号通路及生长空间，可大幅提高神经再生能力并显著降低肌肉功能丧失的风险。同时，由于液态金属自身拥有的高密度，其会对X射线有很强的吸收作用，获得分辨率较高的血管成像效果。与此同时，基于液态金属的液-固相转换机制及低温融塑特性，已发展出系列可在高柔性与高强度之间转换的人体外骨骼及外固定支具（图5），并应用于临床。主持此项临床应用的专家认为“代替传统的石膏、夹板、支具，实施肢体、椎体有效固定，液态金属材料集合了诸多优点，具有低温融塑、轻柔舒适、穿戴方便，可循环使用的优点，还可（结合冷热疗对损伤部位）消炎消肿。”该项技术的突破，走在全球骨科医学领域前列，未来将会产生深远的意义。
在液态金属柔性智能机器领域，中国团队首次发现系列独特的电控可变形液态金属基础现象及过渡态机器、自驱动效应等，改变了人们对传统材料、流体力学及刚体机器的固有认识，为变革传统机器人技术乃至研制未来全新概念的柔性智能机器人奠定了理论与技术基础。中国团队在自驱动液态金属机器方面的开创性工作，入选由两院院士评选的2015中国十大科技进展新闻之一。《Self-fueled biomimetic liquid metal mollusk》[5]成为Advanced Materials期刊2015年度最高下载量论文，其Almetric影响力指数在该刊以往所发表全部论文中位列第一。
在产业发展方面，依托世界领先的液态金属技术，利用云南丰富的有色金属资源，液态金属新材料产业化项目于2013年落地云南省，被评选为2014年云南省“科技入滇”签约重点项目。之后，由云南中宣液态金属科技有限公司牵头，联合中国科学院理化技术研究所、北京梦之墨科技有限公司、云南科威液态金属谷研发有限公司、云南靖创液态金属热控技术研发有限公司等在云南推动液态金属谷建设。2017年2月，液态金属谷建设成果入选2016云南十大科技进展，被赞誉为“揭开了液态金属前沿技术的神秘面纱”。目前，液态金属谷的产业布局初见成效，正在谋划全面延伸下游产业链，致力于打造国际知名的液态金属产业集群。
产业政策方面，2016年工业和信息化部、国家发展改革委、科技部、财政部联合制定的《新材料产业发展指南》，首次将液态金属列为新材料产业的重点扶持方向之一；2017年，液态金属又作为新型功能与智能材料的重要组成部分被列入《重点新材料首批次应用示范指导目录》，此后多年连续入选；2018年，国家统计局将液态金属制造项目收录于《战略性新兴产业分类（2018）》目录中；2023年8月，液态金属被列入工业和信息化部、国务院国资委发布的《前沿新材料产业化重点发展指导目录（第一批）》。这一系列政策导向表明，液态金属在中国新材料领域的战略地位日益凸显，正逐步成为推动产业升级的关键力量。
在标准制定方面，液态金属新材料产业起步于中国，以往国内外均无相关标准，技术指标评价体系也未建立。为建立并完善液态金属标准体系，满足液态金属材料行业日益增长的需求，中国科学院理化技术研究所牵头起草了国家标准GB/T 39859—2021《镓基液态金属》，这也是国际上第一项液态金属国家标准。为进一步解决技术指标评价体系不完善的问题，全国有色金属标准化技术委员会先后组织立项了多项液态金属国家标准，目前已有6项国家标准获批实施（表1）。液态金属标准体系的建设不仅能加快促进液态金属前沿技术的推广应用，引领和规范中国液态金属产业，促成液态金属材料相关领域高质量健康发展格局，还能更好地保障中国在液态金属行业的主导权和话语权。
2 液态金属前沿研究
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前沿新材料是引领新材料技术发展方向、催生新生产业发展的重点领域。前沿新材料研究和应用的突破，有可能会对经济和社会产生变革性的影响。作为面向未来的颠覆性材料，液态金属有望带动新一代信息技术、新能源、高端装备制造等领域快速发展。可从新材料创制和创新应用两方面对液态金属前沿研究进行前瞻研判。
2.1 液态金属新材料创制
尽管液态金属已展现出诸多优异特性，但目前可供直接使用的常温液态金属种类相对有限，难以全面满足不同领域日益增长的复杂需求。此外，在一些特定应用场景下，液态金属的性能仍需进一步优化，如与不同基底材料之间的浸润性及相容性，这些均在一定程度上制约了其应用范围的拓展。
1）液态金属纳米功能材料
2）液态金属-高分子复合材料
Mei等[8]于2014年首次提出液态金属填料（Liquid Metal Filler, LMF）概念，并据此发展出了高导热、电绝缘的液态金属材料，这也成为国际上后续多个团队研发液态金属-高分子复合材料的开端。利用液态金属作为流动性填料加入高分子材料中还可以获得具有特殊力学响应下的电子功能高分子，极大地拓展了液态金属前沿材料的研究范畴。液态金属与高分子的复合也大幅降低了材料成本，尤其是建立液态金属-高分子复合材料独特的力-电、力-热、力-磁、力-声之间的关系，能够进一步推动液态金属复合材料的创新应用。
3）核壳结构液态金属
核壳结构因其在各种技术和科学领域的潜在应用而受到广泛关注。镓基液态金属在相变材料、电池负极材料、印刷电子材料、生物医学材料等方面已展现出巨大前景。然而，由于镓基液态金属与其他材料的相容性以及易与电解质溶液发生反应等潜在的不足，极大地限制了其服役性能，特别是循环稳定性。核壳结构的液态金属材料有望有效解决此方面痛点。核壳结构也是一种普适性的液态金属新材料创制手段。Yao等[9]将CuO纳米颗粒作为单体分散在NaOH溶液中，成功地在共晶镓铟合金（EGaIn）液滴表面自组装出具有规则微观结构的致密铜膜，形成一种稳定的EGaIn@Cu核壳结构复合材料。该新型复合材料不仅解决了传统方法在液态金属表面合成金属壳层的方法的技术缺陷，也提供了一种具有重要应用潜力的相变胶囊与导电墨水材料。
4）多孔液态金属
与传统多孔金属材料相较而言，凭借液态金属熔点低这一特性，多孔液态金属材料更易于在室温条件下实现快速制备。虽说迄今为止已发现的液态金属大多呈连续介质形态，不过液态金属同样能够被制成多孔结构，进而展现出更多独特的功能与行为模式。研究表明[10]，在液态金属（如镓铟合金）内部加载铁纳米颗粒，同时引入化学反应机制，便能迅速制备出兼具良好导电性与磁性的柔性多孔金属材料。这种材料的孔径尺寸能够灵活调整，受热时还可多次重复膨胀，膨胀后的多孔液态金属甚至具备负载重物漂浮于水面的能力。基于这些特性，其可应用于水下变形机器、柔性机械臂、外骨骼、柔性智能机器人等制造领域。
5）轻量化液态金属
液态金属的密度通常较高，这会导致制成的器件与装备较重，使得能量耗费过多、应用灵活性降低。基于轻质液态金属的基本思想，将共晶镓铟合金与中空玻璃微珠结合，可制备出可漂浮于水面的液态金属复合材料[11]。这种材料保留了液态金属的导电性、导热性、固液相变等特性，同时还具有可塑性、可变形性等特征。轻质液态金属概念具有基础科学意义和重要的应用价值，开创了制造新型液态金属功能材料的新途径。结合各类液态金属与对应的轻质改性材料，可赋予终端材料更多的目标功能，从而以一种材料形式同时将多类尖端材料的功能集于一体，这是已有材料体系不易具备的性能，有望带来颠覆性应用。
2.2 液态金属创新应用
前沿材料的最终落脚点是创新应用。液态金属发展至今，其应用已渗透到诸多自然科学与工程技术领域，正在定义和创造新的未来[12]。以下从5方面阐述液态金属的创新应用方向。
1）液态金属先进热管理
液态金属作为一种同时兼具流动性、高导热性、高体积相变潜热的材料，正在为先进热管理技术的发展带来颠覆性变革。其中，利用液态金属的高导热性，并通过浸润性改性将其制作成高性能热界面材料，热阻显著低于现有硅脂基热界面材料，可显著降低芯片或发热器件与散热器之间的接触热阻；将液态金属作为流体散热介质，其换热系数远高于现有液冷工质；将液态金属（低熔点合金）作为相变热控材料，则具有单位体积相变潜热大、相变材料内温度梯度小、相变前后体积变化小等显著优势[2]。
2）液态金属印刷电子
传统电子制造工艺极为繁杂，其涵盖了从基底材料的精心制备，到实现互连所必需的薄膜沉积、精细刻蚀及封装等诸多环节，在此过程中，大量的原料被消耗，能源也被大量使用。面对这一困境，我国学者开创性地提出了“液态金属印刷电子学”这一创新理念，并且构建起与之相适配的理论框架与技术体系[3]，还成功研制出一系列全新的设备（图4）。如今，借助印刷这一便捷手段，能够直接在各式各样的柔性、刚性基材上，甚至是人体皮肤表面，制造出符合需求的目标电路、元器件、集成电路及终端功能器件。这一突破性进展被业界普遍认为有望彻底颠覆传统电子及集成电路的制造范式，其所带来的“所见即所得”的电子直写模式，必将加快普惠型个性化电子制造时代的到来。
3）液态金属生物医学
针对若干世界性重大医学挑战，中国团队构建了液态金属医疗技术全新领域。首创的液态金属神经连接与修复技术[13]，被认为是“极令人震惊的医学突破”（Most Amazing Medical Breakthroughs）。创建的液态金属血管造影术、液态金属栓塞血管治疗肿瘤技术、可注射固液相转换型低熔点金属骨水泥、植入式医疗电子在体3D打印与注射电子、印刷式液态金属柔性防辐射技术、液态金属皮肤光热转换与电磁学、液态金属医学传感技术等，也因崭新学术理念和技术突破性，引起业界广泛重视。
4）液态金属柔性机器
从构建全新体系的理念出发，中国研究团队开创性提出了不同于传统的液态金属软体机器人技术路径[14]，在材料、器件、系统等方面逐步形成相应理论与技术体系。液态金属柔性机器领域蕴藏着巨大发展机遇和空间。通过液态金属的引入，可以研制固液结合及刚柔相济的机器人，有望真正促成可变形液体机器理论与技术取得重大突破。不难预见的是，未来由液态金属引发的柔性可控变形单元，将有望用于构建各类全新概念的先进机器人技术，开启前所未有的应用空间。预计中国将在这一原创方向上不断取得崭新的基础发现和变革性技术突破，从而为未来研发全新概念的尖端液体机器乃至开创关键应用领域创造条件。
5）液态金属可重构天线及射频器件
在无线通信系统中，可重构天线凭借单一天线可实现电磁性能按需调控，使天线平台进一步向紧凑、多功能、高效率方向发展。由于兼具高导电性和流动性的优势，液态金属可基于图案化重构非常方便地实现天线辐射参数的重构，从而受到业界的广泛关注。当前，液态金属可重构天线研究呈蓬勃发展态势，研究者已基于机械驱动、电毛细驱动、重力驱动、热膨胀等多种方式实现了超宽带频率重构、方向图重构、极化重构及雷达散射截面（Radar Cross Section, RCS）缩减。此外，天线重构也可通过射频开关来实现，但以PIN（Positive-intrinsicnegative）二极管为代表的射频开关具有插损大、隔离度低、非线性效应等缺陷，尤其是无法应对高功率射频信号。液态金属为射频开关带来了新的设计思路。Li等[15]研制的液态金属射频开关，其插损、隔离度、回波损耗等性能均具有显著优势，且具有处理高达50.2 dBm的大射频信号的能力。
3 前沿研究及产业发展建议
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液态金属的独特优势和应用潜力使其有望成为开拓颠覆性技术的重要引擎。一些发达国家正陆续投入巨额资金对其在基础研究和产业应用方面进行布局。建议国家加大液态金属前沿研究和产业应用的投入，系统发展液态金属技术与产业体系，以保障中国在液态金属研究和产业发展方面始终处于世界引领地位。前沿研究方面，建议重点布局如下领域。
1）液态金属可变形机器人
可变形机器人技术的发展必定对未来科技具有重要和深远的影响，而液态金属功能材料及衍生的独特技术，有望给可变形机器人设计、功能及应用模式带来新的变革。液态金属的流动性及易变形、固液易转变、导电流体、自驱动等物质属性在一定程度上具备了上述生物体特质。例如，流动的液态金属导电通路可类比于生物体血液循环系统，为机器人系统内信息与能量耦合传输网络设计提供新的思路；液态金属固液转变在构建机器人柔性与刚性结构之间快速变换技术方面具有独特优势；液态金属自驱动特性为机器人能量存储与分布提供全新技术手段。今后需要重点推进的方向包括：液态金属感知-致动融合控制机理与技术，液态金属高密度能量的驱动机理与技术，液态金属可变形机器人核心功能构建，液态金属人形机器人构筑。
2）液态金属电子电路及功能器件打印
液态金属为电子器件现场制造提供了一种新思路，有望开辟全新的制造模式，设计人员只需要将设计或修改的图纸直接传输到现场应用端，利用液态金属打印技术便可实现电子装备在现场的快速制造和快速修复。更进一步地，液态金属打印技术除了实现电路互连的基本功能之外，还可以实现电阻、电容、电感等功能器件的全打印，并进一步实现P型、N型半导体及器件的快速打印。作为电子技术在装备上应用的基础和载体，电子电路及功能器件现场制造是综合性能力体系的重要组成部分，该模式的实现可大大提升电子化装备应对复杂环境变化的快速反应能力。下一步需重点推进的方向包括：液态金属集成电路全打印技术与装备，液态金属功能器件复合3D打印技术与装备。
3）液态金属先进热管理与能源技术
利用液态金属的高导热性、流动性、相变吸热和低驱动功率特性，突破现有热管理技术在应对高热流、瞬时大热量冲击等方面的瓶颈，发展极端热流高功率宽温区液态金属热管理技术，为大功率高热流芯片与装备、全新一代燃气轮机与航空发动机等的创新发展提供关键支撑。需要重点布局的方向包括：三维芯片液态金属动态互连与散热技术，受限空间液态金属相变热控技术，极端热流紧凑式液态金属散热技术，兆瓦级高紧凑度液态金属热控装备，高温区液态金属与结构材料的相容性及防腐研究，冶金渣高温余热的高效回收技术与装备等。
4）液态金属脑机接口及电子植入物技术
液态金属有望在脑机接口这一前沿医学领域内获得颠覆性应用。液态金属材料不仅具有金属优良的导电和导热性能，同时还具有极佳的流动性，可以“注射”的方式在体内任意成型并实现功能，作为脑机接口设备中的柔性电极。通过在人脑（或动物脑）与外部设备之间建立柔性的连通管路，实现大脑对复杂任务的指挥控制；通过脑机接口，实现大脑之间信息的直接提取、准确交换。电子植入物所面临最大挑战的根源来自材料自身的限制，尤其是植入材料与柔性有机体的接触界面至关重要，这将直接影响到采集信号的准确性、控制的精确性及使用的舒适性。在电极材料中，液态金属材料的模量与生物组织最为接近，有望为该领域提供最佳的解决方案。
此外，为推动和助力中国液态金属产业发展，针对目前存在的问题和困难，具体建议如下。
1）构建液态金属产业协同创新研究院
液态金属产业作为发展期的高新产业，亟待有针对性地攻克技术发展周期各个阶段的瓶颈，更要聚焦地解决产业发展所遇到的工程化应用问题，探索建立以企业为主体、市场为导向、产学研深度融合的技术创新体系。建议构建液态金属产业协同创新研究院，定位于实现从科学到技术的转化，促进重大基础研究成果产业化。以产业前沿引领技术和关键共性技术的研发应用为核心，协同推进颠覆性技术创新。
2）鼓励“首台（套）”“首批（次）”等原始创新成果
作为高速发展的新兴产业，需通过政策引导液态金属材料领域的原始创新，尤其是支持其在高端制造领域内具有特色的创新成果。“十五五”期间应继续坚持鼓励“首台（套）”“首批（次）”等原始创新成果，支持本土创新成果，提高“中国制造”的影响力。通过政府支持应用示范和建立保险补偿机制促进“首台（套）”重大装备及关键部件和“首批（次）”新材料应用，鼓励民生和基础设施重大工程采用创新产品和服务。
3）加强顶层设计，加大对液态金属产业发展的政策支持
建议将液态金属纳入国家新材料“十五五”规划，在液态金属新产品应用示范方面提供更多政策支持。在国家重点领域、关键行业的研发应用体系中，围绕液态金属产业应用引进、打造上下游链条，在重大装备、新材料攻关、军民融合等环节中将液态金属纳入优先使用范畴，推动液态金属这一中国原创新兴产业的持续发展。
4 结束语
收起
在当今全球科技竞争日益激烈的背景下，各国纷纷加大对液态金属前沿材料的研究投入，旨在抢占这一新兴领域的制高点。中国在液态金属基础研究及应用转化方面已取得显著进展，展现出强大的创新实力。然而，面对不断涌现的机遇与挑战，深入了解液态金属前沿材料的国内外发展态势、探索其前沿研究领域，并制定切实可行的发展政策，对于推动中国液态金属前沿材料的持续、健康发展具有至关重要的意义。基于此，中国需快速布局液态金属前沿材料领域的技术研发，加速推进其向深度和广度发展，保持和扩大中国在液态金属前沿领域已取得的优势，进一步抢占技术的制高点，为未来科技的发展提供关键支撑。
基金
收起
- 国家自然科学基金(52376082)
文献
收起
参考文献
引证文献
排序方式：
[1]
刘静, 杨应宝, 邓中山. 中国液态金属工业发展战略研究报告[M]. 昆明: 云南科技出版社, 2018.
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2025年第4卷第1期
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doi: 10.3981/j.issn.2097-0781.2025.01.008
- 接收时间：2024-12-23
- 出版时间：2025-03-20
- 发布时间：2025-03-27
补充材料
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表12种不同金属材料的力学参数
| 科 Family | 属数 Number of genus | 种数 Number of species | 占总种数比例 Percentage of total species (%) | 属 Genus | 种数 Number of species | 占总种数比例 Percentage of total species (%) |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 鹅膏菌科Amanitaceae | 2 | 11 | 5.26 | 鹅膏菌属 Amanita | 10 | 4.78 |
| 小菇科 Mycenaceae | 2 | 12 | 5.74 | 丝盖伞属 Inocybe | 5 | 2.39 |
| 多孔菌科 Polyporaceae | 8 | 14 | 6.70 | 蜡蘑属 Laccaria | 5 | 2.39 |
| 红菇科 Russulaceae | 3 | 23 | 11.00 | 小皮伞属 Marasmius | 6 | 2.87 |
| 小菇属 Mycena | 11 | 5.26 | ||||
| 光柄菇属 Pluteus | 5 | 2.39 | ||||
| 红菇属 Russula | 17 | 8.13 | ||||
| 栓菌属 Trametes | 5 | 2.39 |
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