所謂液態(tài)金屬，即不定型金屬，也稱非晶合金或金屬玻璃，可將其看作由正離子流體與自由電子氣組成的混合物。它擁有獨(dú)特的原子結(jié)構(gòu)，排列無序。它是金屬但卻擁有流動的特質(zhì)，它很輕但卻極為強(qiáng)硬，同時(shí)具有高彈性。它還能一次成型，免去加工的繁瑣程序。

液態(tài)金屬的意義與作用

液態(tài)金屬具有極為優(yōu)越的性能。其強(qiáng)度為不銹鋼的3倍，鋁、鎂合金的10倍以上，鈦合金的1.5倍以上，就算是在輕合金中，液態(tài)金屬的單位密度強(qiáng)度也是最高的。液態(tài)金屬的安全使用強(qiáng)度為1500Mpa，彈性應(yīng)變能量可達(dá)到19Mj/m2，而最好的彈簧鋼的彈性應(yīng)變能量也僅能達(dá)到2.2Mj/m2。

在硬度上的優(yōu)勢，使得液態(tài)金屬在耐磨或抗劃痕的領(lǐng)域能夠得到廣泛的應(yīng)用。良好的彈性能夠滿足其他金屬不能滿足的某些特定領(lǐng)域。比如在壓力下彎曲，但要求不能變形的醫(yī)療設(shè)備，或是能夠反復(fù)彎曲，還不能出現(xiàn)塑性變形和硬化的壓力傳感器。

在精度方面，液態(tài)金屬成型的產(chǎn)品可以和機(jī)器加工產(chǎn)品的工藝一爭高下，并且沒有附加成本與廢棄材料。在抗腐蝕性能方面，液態(tài)金屬合金也展現(xiàn)出了超常的能力，尤其在工業(yè)應(yīng)用中能發(fā)揮更大的作用，如食品加工、醫(yī)療設(shè)備、戶外運(yùn)動設(shè)備、航海產(chǎn)品等方面。

對于其他金屬而言，如果不做拋光、研磨等二次加工，是無法達(dá)到這種精度的，而在許多領(lǐng)域，金屬的反光性能是極為重要的，液態(tài)金屬合金的光潔度就能夠達(dá)到高光反射的效果，而且還能進(jìn)行拋光，還不必犧牲其他的性能。

此外，液態(tài)金屬合金屬于無磁性材料，而且與其他磁性物體接觸也不會沾染任何磁性。因此可應(yīng)用于核磁共振設(shè)備的組件，電磁開關(guān)的外殼，或是高射頻功率領(lǐng)域。

綜上所述，液態(tài)金屬不僅具備優(yōu)質(zhì)功能，還能以注塑方式成型，使得設(shè)計(jì)者有了更大的發(fā)揮空間。此外，其一次性凈成型的特質(zhì)也在很大程度上節(jié)省了加工成本，最大限度地提升了效率。液態(tài)金屬擁有的眾多優(yōu)勢，使其擁有極為廣闊的應(yīng)用空間，在環(huán)保、醫(yī)療、智能硬件、AI、航空航天等領(lǐng)域都能夠發(fā)揮極大的作用。

液態(tài)金屬與玻璃

提到液態(tài)金屬，第一反應(yīng)可能就是《終結(jié)者2》當(dāng)中的液態(tài)金屬機(jī)器人，它可以幻化成任何形狀，能夠承受各種破壞，更神奇的是它還充滿只能。問題是液態(tài)金屬真有這個(gè)能耐嗎，它離現(xiàn)實(shí)生活究竟有多遠(yuǎn)。

也許不遠(yuǎn)的將來，在手機(jī)外殼的材質(zhì)上，我們將首先與液態(tài)金屬有個(gè)“親密接觸”。

早在去年iPhone5尚未面世的時(shí)候，坊間就流傳著蘋果將會在下一代產(chǎn)品中拋棄鋼化玻璃，轉(zhuǎn)而采用液態(tài)金屬外殼。雖然最終答案并非如人所愿，但是期待卻絲毫沒有降低。

2013年，當(dāng)美國專利及商標(biāo)局授予蘋果子公司Crucible一項(xiàng)用于量產(chǎn)液態(tài)金屬薄片的技術(shù)專利;而蘋果的競爭對手HTC和中國臺灣當(dāng)?shù)氐耐鈿ぶ圃焐探馨顕H達(dá)成了合作，且從日本捐募了一個(gè)研發(fā)團(tuán)隊(duì)，著力液態(tài)金屬手機(jī)開發(fā)，人們相信未來的手機(jī)一定會穿上這“磨不壞，壓不扁”的金剛戰(zhàn)衣。

上世紀(jì)60年代人們首次在實(shí)驗(yàn)室成功制備這種金屬，當(dāng)時(shí)就被它與眾不同卻無與倫比的特性所吸引：高強(qiáng)度、高柔韌性且可以和玻璃一樣不需要二次打磨，可以一次性成型各種復(fù)雜形狀……因此，業(yè)界更喜歡將它稱作“金屬玻璃”，或者學(xué)名：非晶態(tài)金屬。

不過，要大規(guī)模地制備這種“未來材料”卻并非易事。從第一代幾納米厚，到現(xiàn)存25毫米厚，人們探索了半個(gè)世紀(jì)。

目前，金屬玻璃在實(shí)際使用當(dāng)中，雖然范圍有限，可是已經(jīng)有很多廠商對這塊“蛋糕”躍躍欲試。Liquidmetal Technologies是全球第一家專門生產(chǎn)大塊非品合金的公司。這個(gè)成立于1987年的公司被認(rèn)為是較為權(quán)威的國際非品科技研究組織，他們的產(chǎn)品已經(jīng)應(yīng)用在例如體育運(yùn)動、電子產(chǎn)品和醫(yī)藥等諸多領(lǐng)域。

而現(xiàn)存蘋果取得了他們這項(xiàng)新型金屬科技的獨(dú)家使用權(quán)(主要是外殼和附件制造)，Liquidmetal希望蘋果能在一款突破性產(chǎn)品上使用液態(tài)金屬，為人們帶來革命性的用戶界面和工業(yè)設(shè)計(jì)，并日很難被其他材料所復(fù)制和模仿。

液態(tài)金屬機(jī)器

2015年3月3日，由劉靜研究員帶領(lǐng)的中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所、清華大學(xué)醫(yī)學(xué)院聯(lián)合研究小組，于世界上首次發(fā)現(xiàn)了一種異常獨(dú)特的現(xiàn)象和機(jī)制，即液態(tài)金屬可在吞食少量物質(zhì)后以可變形機(jī)器形態(tài)長時(shí)間高速運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)了無需外部電力的自主運(yùn)動，從而為研制實(shí)用化智能馬達(dá)、血管機(jī)器人、流體泵送系統(tǒng)、柔性執(zhí)行器乃至更為復(fù)雜的液態(tài)金屬機(jī)器人奠定了理論和技術(shù)基礎(chǔ)。這種液態(tài)金屬機(jī)器完全擺脫了龐雜的外部電力系統(tǒng)，從而向研制自主獨(dú)立的柔性機(jī)器邁出了關(guān)鍵的一步。

研究揭示，置于電解液中的鎵基液態(tài)合金可通過“攝人”鋁作為食物或燃料提供能量，實(shí)現(xiàn)高速、高效的長時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)，一小片鋁即可驅(qū)動直徑約5mm的液態(tài)金屬球?qū)崿F(xiàn)長達(dá)1h以上的持續(xù)運(yùn)動，速度高達(dá)5cm/s。

這種柔性機(jī)器既可在自由空間運(yùn)動，又能于各種結(jié)構(gòu)槽道中蜿蜒前行;令人驚訝的是，它還可隨沿程槽道的寬窄自行作出變形調(diào)整，遇到拐彎時(shí)則有所停頓，好似略作思索后繼續(xù)行進(jìn)，整個(gè)過程仿佛科幻電影中的終結(jié)者機(jī)器人現(xiàn)身一般。

應(yīng)該說，液態(tài)金屬機(jī)器一系列非同尋常的習(xí)性已相當(dāng)接近一些自然界簡單的軟體生物，比如：能“吃”食物(燃料)，自主運(yùn)動，可變形，具備一定代謝功能(化學(xué)反應(yīng)).因此研究者將其命名為液態(tài)金屬軟體動物。

目前，實(shí)驗(yàn)室根據(jù)上述原理已能制成不同大小的液態(tài)金屬機(jī)器，尺度從數(shù)十微米到數(shù)厘米，且可在不同電解液環(huán)境如堿性、酸性乃至中性溶液中運(yùn)動、試驗(yàn)和理論分析表明，此種自主型液態(tài)金屬機(jī)器的動力機(jī)制來自兩方面：一是發(fā)生在液態(tài)合金、金屬燃料及電解液間的Calvanic電池效應(yīng)會形成內(nèi)生電場，從而誘發(fā)液態(tài)金屬表面的高表面張力發(fā)生不對稱響應(yīng)，繼而對易于變形的液態(tài)金屬機(jī)器造成強(qiáng)大推力;與此同時(shí)，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。正是這種雙重作用產(chǎn)生了超常的液態(tài)金屬馬達(dá)行為，這種能量轉(zhuǎn)換機(jī)制對于發(fā)展特殊形態(tài)的能源動力系統(tǒng)也具重要啟示意義。

在迄今所發(fā)展的各種柔性機(jī)器中，自主型液態(tài)金屬機(jī)器所表現(xiàn)出的變形能力、運(yùn)轉(zhuǎn)速度與壽命水平等均較為罕見，這為其平添了諸多重要用途。作為具體應(yīng)用器件之一，還特別展示了首個(gè)尤需外界電力的液態(tài)金屬泵，通過將其限定于閥座內(nèi)，可達(dá)到自行旋轉(zhuǎn)并泵送流體的目的，據(jù)此可快速制造出大量微泵，滿足諸如藥液、陣列式微流體的輸運(yùn)等，成本極低;若將此類柔型泵用作降溫，還可實(shí)現(xiàn)高度集成化的微芯片冷卻器;進(jìn)一步的應(yīng)用可發(fā)展成血管或腔道機(jī)器人甚至是可自我組裝的液態(tài)金屬智能機(jī)器等。

自驅(qū)動液態(tài)金屬機(jī)器的問世引申出了全新的可變形機(jī)器概念，將顯著提速柔性智能機(jī)器的研制進(jìn)程。當(dāng)前，全球圍繞先進(jìn)機(jī)器人的研發(fā)活動正處于如火如荼的階段，若能充分發(fā)揮液態(tài)金屬所展示出的各種巨大潛力，并結(jié)合相關(guān)技術(shù)，將引發(fā)諸多超越傳統(tǒng)的機(jī)器變革。