清華大學全新的可實現(xiàn)超大尺度膨脹變形的液態(tài)金屬復合材料

來源：3D科學谷

1月30日，清華大學、中國科學院理化技術研究所與中國農(nóng)業(yè)大學的聯(lián)合研究小組在美國化學學會期刊ACSOmega上刊發(fā)了一篇論文， 描述了他們發(fā)明的一種全新的可實現(xiàn)超大尺度膨脹變形的液態(tài)金屬復合材料，這一突破將可編程、可變形液態(tài)金屬柔性智能機器人研制工作向前推進了一大步。

這一突破將可編程、可變形液態(tài)金屬柔性智能機器人研制工作向前推進了一大步。以自然界生物進化的觀點看，離成為真正的“終結者”，中國科學家們相當于已經(jīng)培育出了“細胞”。

中國團隊在十分有限的條件下經(jīng)過近20年持續(xù)不斷的努力，做出的大量研究在國際上持續(xù)引發(fā)著重大而廣泛的影響，超前優(yōu)勢十分明顯，還使得液態(tài)金屬研究從冷門逐漸成為國際上備受矚目的重大科技熱點。

液態(tài)金屬復合材料其實是一種內部包含低沸點工質的，由液態(tài)金屬和硅膠制成的材料。（液態(tài)金屬并不只是一種，而是種類繁多的大家族，通過不同的金屬和配比，可以獲得不同性能的液態(tài)金屬）研究小組負責人、清華大學劉靜教授表示，這種材料也是我國在國際上最早提出的液態(tài)金屬硅膠復合材料體系的延伸。

這種可以被3D打印成任意形狀的特殊材料，可以擺脫其它剛體支撐物和溶液環(huán)境并得以站立，呈現(xiàn)出超大尺度變形和運動功能，且全部過程可逆。 通過嵌入可編程的加熱系統(tǒng)及一些設計，研究人員將這種材料制備成了一系列新穎獨特的概念型功能物和柔性機器架構：

當這種材料負載酒精的液滴，能夠快速變化體積，膨脹程度可以超過其原始高度的11倍！

長久以來，研發(fā)可在不同形態(tài)之間自由轉換，以執(zhí)行常規(guī)技術難以完成的更為特殊高級任務的變形軟體機器人，是全球科學界與工程界的夢想。而這種既具有金屬的導電導熱性，又具有液體流動性的特殊材料，尤其適合制備無線控制的軟體機器人。更重要的是，該研究團隊還通過理論分析得出了熱驅動變形的影響因素以及最適宜的材料的比例。

隨著研究的深入，將液態(tài)金屬用于腫瘤的治療、神經(jīng)和骨骼修復，已經(jīng)不是一種幻想。因此，液態(tài)金屬的空間應用遠不止軟體機器人方面。作為一大類新興功能物質和材料，液態(tài)金屬正被快速推進到 生物醫(yī)療健康、芯片冷卻、能量捕獲、印刷電子及3D打印等高新科技領域，帶來顛覆性變革的同時催生出一系列戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)。

我國在液態(tài)金屬的研究與應用轉化方面做出了積極的努力。2014年，由劉靜研究員帶領的中科院理化技術研究所、清華大學醫(yī)學院聯(lián)合研究小組，首次提出了一種全新概念的低熔點液態(tài)合金骨水泥，用以加固和修復受損骨骼，這種可注射型金屬骨骼技術打破了傳統(tǒng)非金屬骨水泥的范疇。相應研究在線發(fā)表于Biomaterials，論文題為“用于可逆及快速成型的液-固相轉換合金骨水泥”。

與此同時，基于液態(tài)金屬的液-固相轉換機制，該小組還在國際上首次提出并證實了一種“液態(tài)金屬人體外骨骼技術”。

此外，基于實驗室近年來提出的液態(tài)金屬印刷電子學概念，該小組還建立了一種獨特的人體皮膚電子電路成型方法——室溫液態(tài)金屬模板噴印技術，研究成果以封底文章形式發(fā)表于Journal of Materials Chemistry B （材料化學雜志）上，論文題為“在皮膚上基于液態(tài)金屬模板噴印方法快速構建用以檢測生理信號的導電元件”。

來源：3D科學谷