清华大学全新的可实现超大尺度膨胀变形的液态金属复合材料

来源：3D科学谷

1月30日，清华大学、中国科学院理化技术研究所与中国农业大学的联合研究小组在美国化学学会期刊ACSOmega上刊发了一篇论文， 描述了他们发明的一种全新的可实现超大尺度膨胀变形的液态金属复合材料，这一突破将可编程、可变形液态金属柔性智能机器人研制工作向前推进了一大步。

这一突破将可编程、可变形液态金属柔性智能机器人研制工作向前推进了一大步。以自然界生物进化的观点看，离成为真正的“终结者”，中国科学家们相当于已经培育出了“细胞”。

中国团队在十分有限的条件下经过近20年持续不断的努力，做出的大量研究在国际上持续引发着重大而广泛的影响，超前优势十分明显，还使得液态金属研究从冷门逐渐成为国际上备受瞩目的重大科技热点。

液态金属复合材料其实是一种内部包含低沸点工质的，由液态金属和硅胶制成的材料。（液态金属并不只是一种，而是种类繁多的大家族，通过不同的金属和配比，可以获得不同性能的液态金属）研究小组负责人、清华大学刘静教授表示，这种材料也是我国在国际上最早提出的液态金属硅胶复合材料体系的延伸。

这种可以被3D打印成任意形状的特殊材料，可以摆脱其它刚体支撑物和溶液环境并得以站立，呈现出超大尺度变形和运动功能，且全部过程可逆。 通过嵌入可编程的加热系统及一些设计，研究人员将这种材料制备成了一系列新颖独特的概念型功能物和柔性机器架构：

当这种材料负载酒精的液滴，能够快速变化体积，膨胀程度可以超过其原始高度的11倍！

长久以来，研发可在不同形态之间自由转换，以执行常规技术难以完成的更为特殊高级任务的变形软体机器人，是全球科学界与工程界的梦想。而这种既具有金属的导电导热性，又具有液体流动性的特殊材料，尤其适合制备无线控制的软体机器人。更重要的是，该研究团队还通过理论分析得出了热驱动变形的影响因素以及最适宜的材料的比例。

随着研究的深入，将液态金属用于肿瘤的治疗、神经和骨骼修复，已经不是一种幻想。因此，液态金属的空间应用远不止软体机器人方面。作为一大类新兴功能物质和材料，液态金属正被快速推进到 生物医疗健康、芯片冷却、能量捕获、印刷电子及3D打印等高新科技领域，带来颠覆性变革的同时催生出一系列战略性新兴产业。

我国在液态金属的研究与应用转化方面做出了积极的努力。2014年，由刘静研究员带领的中科院理化技术研究所、清华大学医学院联合研究小组，首次提出了一种全新概念的低熔点液态合金骨水泥，用以加固和修复受损骨骼，这种可注射型金属骨骼技术打破了传统非金属骨水泥的范畴。相应研究在线发表于Biomaterials，论文题为“用于可逆及快速成型的液-固相转换合金骨水泥”。

与此同时，基于液态金属的液-固相转换机制，该小组还在国际上首次提出并证实了一种“液态金属人体外骨骼技术”。

此外，基于实验室近年来提出的液态金属印刷电子学概念，该小组还建立了一种独特的人体皮肤电子电路成型方法——室温液态金属模板喷印技术，研究成果以封底文章形式发表于Journal of Materials Chemistry B （材料化学杂志）上，论文题为“在皮肤上基于液态金属模板喷印方法快速构建用以检测生理信号的导电元件”。

来源：3D科学谷