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热点透视·跨越未来,创新承载科技强国梦,液态金属:万亿级产业航母待加速

热点透视·跨越未来,创新承载科技强国梦,液态金属:万亿级产业航母待加速

【摘要】:
2017年9月,中国科学院发布《2017科学发展报告》。其中,液态金属作为当前的一大研究热点,被列入这一权威报告。液态金属是什么,主要应用于哪些领域,这一材料在未来有可能带来哪些颠覆性的技术进展,《2017科学发展报告》的编写者之一、国内液态金属研究领域的领军人—清华大学刘静教授接受了中国化工信息记者朱一帆的独家专访。

 

【CCN】液态金属主要应用于哪些领域中,与传统材料相比有哪些优点?

【刘静】液态金属是指常温下呈液体状态、可流动且能导电的金属。液态金属既是金属又是液体,相当于多种功能材料的叠加,因此它在诸多领域都有应用。在热控领域,液态金属制作导热膏,用于芯片冷却和电脑器件散热,其沸点高、传热快,与传统材料相比,导热性有了量级的改变;由液态金属制造的散热器可以解决热障这一传统材料无法解决的世界性难题,并已形成其独特的理论和技术体系。在电子领域,液态金属可以作为墨水用于3D打印,直接生成电子电路,与传统的金属相比,其打印温度和设备成本均大幅降低,并且制造时间缩短,可实现个性化定制。在医学领域,液态金属与人体有良好的生物相容性,可以将神经电信号连通,用以修复断裂神经。在机械领域,与传统的聚合物材料相比,液态金属自驱动、可变形、能跑会跳,为研发柔性生机器人提供了路径。以上应用领域都是由中国科研人员首先开创,并在国际上引起了不小的反响。

【CCN】目前,国内液态金属研发处于什么水平和阶段?哪些液态金属产品和技术已经得到产业化应用?

【刘静】近几年中国液态金属的研发推进十分迅速,未来有着广阔的科研发展空间,世界范围内液态金属科学科研与工业应用的重心正逐渐形成于中国。中国液态金属科研从2000年开始酝酿,此后长达十多年的时间里,已申报200余项发明专利,基本覆盖液态金属的众多领域。团队迄今有幸做出了40余项全新基础科学发现,并在芯片冷却、热量捕获、低成本制氢、桌面电子打印机、3D打印、神经连接、肿瘤治疗、柔性可变性机器等方面取得了一系列底层技术突破。例如在电子技术方面,2014年我国在印刷电子学领域取得重大技术突破,研制成功世界首台室温液态金属打印机,可在任意表面绘制电路。2016年,继研发出自主运动的可变形液态金属机器之后,我们又发现液态金属具有类似细胞吞噬外界颗粒的“胞吞效应”,这使得造出“终结者”材料成为可能。近期,我国科研人员又首次提出“液态金属悬浮3D打印”的概念和方法,可在室温下快速制造具有任意复杂形状和结构的三维柔性金属可变形体并用于组装立体可拉伸电子器件。截至目前,液态金属产业化在增材制造、热控与能源、医疗健康、柔性机器等领域都取得了丰硕的成果。2016年在云南举办的“第二届液态金属产业技术高峰论坛’,集中展示了100多种新产品。其中有很多热控产品实现了规模化的销售,例如热界面材料,美国IBM公司和欧洲都曾研发过热界面材料,但均不能较好地解决粘附性问题。我国自主研发的热界面材料性能在世界范围内处于领先地位,而且建立了高达上百吨的规模化生产线。液态金属冷却器(散热器)也早在一些年前就得到了产业化应用,只是由于当前市场上台式机越来越少而逐步减少生产,今后可能会更多地研发面向数据中心、高性能服务器、笔记本电脑以及更多超大功率光电设备的冷却器。

【CCN】请您简单介绍一下我国液态金属产业的现状,为何该产业能在云南大放异彩?

【刘静】液态金属的一系列重大应用技术正在重塑新的工业架构,催生出一系列新兴产业。目前,中国液态金属产业方面处于世界上非常显著的领先地位,其产品正在大规模快速推进,未来有着巨大的产业发展空间。其中,云南的液态金属产业领先全国,形成对外输出技术、产品乃至服务的格局。当地建成国内外领先的年产200吨液态金属、热界面材料产品、液态金属电子油墨以及年产20万套液态金属电子手写笔的生产线,相关产品已批量投放市场并远销欧美国家;世界首台液态金属桌面电子电路打印机及墨盒生产线也在建设之中。液态金属产业在云南开出了绚丽之花,这其中有着多方面的原因。云南素有“有色金属王国”之称,拥有巨大的金属储量,其中铅、锌、锡、磷、铜、银等25种矿产储量位居全国前三位,有力地提供了产业所需原材料。云南当地政府的大力扶持和企业家的眼光超前、务实肯干,实现了产业的繁荣。云南的自然环境和生态环保巨佳,吸引了全国各地液态金属企业向当地汇聚;其得天独厚的自然条件也为科研人员提供了良好的实验平台。云南虽地处西南,却始终与首都科研机构(清华大学、中国科学院等)保持密切的联系,实现了产学研的有机结合,造就了“科研出中关村,产业出云南”的奇观。一个高新技术产业要实现良性发展,科学要先行,产业要推进,地方支持必不可少同时与外界的交流不可或缺这样才能形成一个外向、包容、开放的产业系统。云南地区以上条件都得到了满足,因而使得液态金属在当地能大放异彩。

【CCN】未来液态金属有望产生哪些改变世界的颠覆性技术?在化工、能源领域有何应用前