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中科院理化所饒偉、劉靜綜述：柔性可變形微納米液態金屬材料

2019-03-29 11:04:11 作者：本網整理來源：中科院理化所分享至：

近日，中科院理化所應邀在Materials Science and Engineering: R: Reports （Top 期刊，IF=24.48，每年僅發表12篇左右論文）發表了題為Transformable Soft Liquid Metal Micro/Nanomaterials的綜述文章，首次系統地針對近年來興起的可變形微納米液態金屬功能材料的物理化學特性、制備方法和多領域應用進行了系統的總結和評述（圖1）。

文章共同第一作者分別為碩士研究生張明寬和姚思遠，共同通訊作者為饒偉和劉靜研究員。

圖1 理化所在MSER期刊發表液態金屬長篇評述

降低液態金屬液滴的表面張力、增加比表面積及縮小物理尺寸對于液態金屬在生物醫學、印刷電子、界面材料和柔性傳感器等領域的應用至關重要。微納米液態金屬顯著改變并提升了宏觀液態金屬的特定物理化學性能，展現出宏觀液態金屬力所不及的性能。例如，在熱界面材料領域，納米液態金屬表現出更高的顆粒融合的勢壘，顯著地提升了絕緣導熱界面材料的穩定性。在增材制造領域，利用直寫和微注射等制造方式展示了批量生產液態金屬圖案的潛在實際應用。但受限于較大的表面張力和易于形成的表面氧化物，宏觀液態金屬與常用的噴墨式打印工藝難以兼容，因此制造導線寬度僅為幾微米甚至更高分辨率柔性電路板仍是“卡脖子”的難題。然而，通過引入微納液態金屬液滴協助精確電路的制造，使高分辨率印刷電子“觸手可及”。此外，通過對微納米液態金屬顆粒進行改性和修飾（氧化、表面活化等），能夠在微觀尺度上對材料功能的定向設計，從而拓寬液態金屬在微觀領域的應用。同時得益于尺寸效應，液態金屬微納米顆粒在電磁光熱等方面也展現出了一些異于宏觀液態金屬的獨特性質。這些使其在生物醫學、柔性電子、熱管理和微型馬達等領域發揮了獨特作用（圖2）。

圖2 微納米液態金屬材料多領域應用上的優越性

此外，與剛性微納米金屬材料相比，柔性微納米液態金屬則表現出更強的順應性和易于調控等特性（圖3），固液共存的狀態使其能夠實現剛性納米材料所無法實現的相變儲能等應用。

圖3 微納米液態金屬和剛性微納米顆粒相比的優勢

在該評述中，作者全面系統地回顧了微納米液態金屬材料的電學，熱學等物理化學性質，細致地總結了當前存在的多種用于制備微納米液態金屬材料的實驗手段，著重評述了這種新穎的微納米功能材料在生物醫學、柔性電子、熱管理和柔性馬達領域的前沿應用（圖4），總結了目前液態金屬微納米材料所面臨的挑戰并展望了液態金屬微納米材在生物成像，熱界面材料等領域的潛在應用。