近日，中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所應(yīng)邀在Materials Science and Engineering: R: Reports 發(fā)表了題為Transformable Soft Liquid Metal Micro/Nanomaterials 的綜述文章，首次系統(tǒng)地針對近年來興起的可變形微納米液態(tài)金屬功能材料的物理化學(xué)特性、制備方法和多領(lǐng)域應(yīng)用進行了系統(tǒng)的總結(jié)和評述。文章共同第一作者分別為碩士研究生張明寬和姚思遠，共同通訊作者為研究員饒偉和劉靜。

　　降低液態(tài)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(tài)金屬在生物醫(yī)學(xué)、印刷電子、界面材料和柔性傳感器等領(lǐng)域的應(yīng)用至關(guān)重要。微納米液態(tài)金屬顯著改變并提升了宏觀液態(tài)金屬的特定物理化學(xué)性能，展現(xiàn)出宏觀液態(tài)金屬力所不及的性能。例如，在熱界面材料領(lǐng)域，納米液態(tài)金屬表現(xiàn)出更高的顆粒融合的勢壘，顯著地提升了絕緣導(dǎo)熱界面材料的穩(wěn)定性。在增材制造領(lǐng)域，利用直寫和微注射等制造方式展示了批量生產(chǎn)液態(tài)金屬圖案的潛在實際應(yīng)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(tài)金屬與常用的噴墨式打印工藝難以兼容，因此制造導(dǎo)線寬度僅為幾微米甚至更高分辨率柔性電路板仍是難題。然而，通過引入微納液態(tài)金屬液滴協(xié)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(tài)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定向設(shè)計，從而拓寬液態(tài)金屬在微觀領(lǐng)域的應(yīng)用。同時得益于尺寸效應(yīng)，液態(tài)金屬微納米顆粒在電磁光熱等方面也展現(xiàn)出了一些異于宏觀液態(tài)金屬的獨特性質(zhì)。這些使其在生物醫(yī)學(xué)、柔性電子、熱管理和微型馬達等領(lǐng)域發(fā)揮了獨特作用（圖1）。

　　此外，與剛性微納米金屬材料相比，柔性微納米液態(tài)金屬則表現(xiàn)出更強的順應(yīng)性和易于調(diào)控等特性（圖2），固液共存的狀態(tài)使其能夠?qū)崿F(xiàn)剛性納米材料所無法實現(xiàn)的相變儲能等應(yīng)用。

　　在該評述中，作者全面系統(tǒng)地回顧了微納米液態(tài)金屬材料的電學(xué)、熱學(xué)等物理化學(xué)性質(zhì)，細致地總結(jié)了當前存在的多種用于制備微納米液態(tài)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(yī)學(xué)、柔性電子、熱管理和柔性馬達領(lǐng)域的前沿應(yīng)用（圖3），總結(jié)了目前液態(tài)金屬微納米材料所面臨的挑戰(zhàn)并展望了液態(tài)金屬微納米材料在生物成像、熱界面材料等領(lǐng)域的潛在應(yīng)用。

　　以上工作表明，不同于迄今已被充分研究過的各類剛性微納尺度材料的是，可變形微納米液態(tài)金屬這種超越常規(guī)的功能材料的出現(xiàn)，正帶來大量新的研究與應(yīng)用機遇，此方面的發(fā)展方興未艾。相關(guān)研究工作得到國家自然科學(xué)基金重大項目、北京市科技基金委和理化所所長基金的大力支持。

　　論文鏈接

圖1 微納米液態(tài)金屬材料多領(lǐng)域應(yīng)用上的優(yōu)越性

圖2 微納米液態(tài)金屬和剛性微納米顆粒相比的優(yōu)勢

圖3 柔性可變形液態(tài)金屬微納米材料在生物醫(yī)學(xué)、柔性電子、熱管理和軟體馬達領(lǐng)域的應(yīng)用