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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(tài)金屬材料

2019-03-29 11:04:11 作者：本網(wǎng)整理來(lái)源：中科院理化所分享至：

近日，中科院理化所應(yīng)邀在Materials Science and Engineering: R: Reports （Top 期刊，IF=24.48，每年僅發(fā)表12篇左右論文）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(duì)近年來(lái)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(jìn)行了系統(tǒng)的總結(jié)和評(píng)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(yuǎn)，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(fā)表液態(tài)金屬長(zhǎng)篇評(píng)述

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(duì)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(shì)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(shí)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“卡脖子”的難題。然而，通過(guò)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(guò)對(duì)微納米液態(tài)金屬顆粒進(jìn)行改性和修飾（氧化、表面活化等），能夠在微觀尺度上對(duì)材料功能的定向設(shè)計(jì)，從而拓寬液態(tài)金屬在微觀領(lǐng)域的應(yīng)用。同時(shí)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(dú)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(dá)等領(lǐng)域發(fā)揮了獨(dú)特作用（圖2）。

圖2 微納米液態(tài)金屬材料多領(lǐng)域應(yīng)用上的優(yōu)越性

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(qiáng)的順應(yīng)性和易于調(diào)控等特性（圖3），固液共存的狀態(tài)使其能夠?qū)崿F(xiàn)剛性納米材料所無(wú)法實(shí)現(xiàn)的相變儲(chǔ)能等應(yīng)用。

圖3 微納米液態(tài)金屬和剛性微納米顆粒相比的優(yōu)勢(shì)

在該評(píng)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(xì)致地總結(jié)了當(dāng)前存在的多種用于制備微納米液態(tài)金屬材料的實(shí)驗(yàn)手段，著重評(píng)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(dá)領(lǐng)域的前沿應(yīng)用（圖4），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)金屬微納米材在生物成像，熱界面材料等領(lǐng)域的潛在應(yīng)用。

圖4 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(dá)領(lǐng)域的應(yīng)用

以上工作表明，不同于迄今已被充分研究過(guò)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(lái)大量新的研究與應(yīng)用機(jī)遇，此方面的發(fā)展方興未艾。相關(guān)研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金重大項(xiàng)目、北京市科技基金委和理化所所長(zhǎng)基金的大力支持。

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責(zé)任編輯：韓鑫