100大潜力新材料——液态金属

上榜理由

未来轻合金材料的颠覆者

液态金属是一种具有非晶态原子结构的金属合金，它的出现被认为是继铜、铁和钢，以及塑料之后的第三次材料革命，或将成为未来轻合金材料的颠覆者。

材料简介

液态金属又称为非晶合金、金属玻璃，它是金属超急冷凝固时原子来不及有序排列结晶，而在室温或低温下保留液态原子无序排列的凝聚状态，这种非晶态原子结构使液态金属具备了许多独特的性能，如优异的耐蚀性、耐磨性、高强度、高硬度等。

相比传统金属，液态金属的优势体现在性能、工艺和成本三方面：

1. 性能上，液态金属被认为是目前最硬的轻合金，且它在散热性、电磁屏蔽性等方面也表现出众。

2. 工艺上，由于液态金属以非晶态冷却，收缩率非常小，可以通过注塑、压铸等工艺得到理想的形状，用液态金属做的零件尺寸精度非常高。

3. 成本方面，液态金属是一种清洁材料，生产过程中原料、产品等无毒副作用，对环境影响小，且液态金属制品基本上是一次性成型，省却大量的后加工，是一种绿色的材料。

应用领域

航空航天、军事兵器、精密机械、汽车工业、消费电子、医疗、3D打印…

发展历程

1938年，Kramen等人通过蒸发沉积，在玻璃冷基底上发现并首次报道了非晶态金属薄膜

1951年，Brenner等用电沉积法制备出了Ni-P及Co-P非晶合金，主要用于做耐磨和耐腐蚀涂层

1958年，Tumbull等人通过对氧化物玻璃、陶瓷玻璃和金属玻璃的相似性的分析，预言了合成非晶的可能性，揭开了非晶研究的序幕

1960年，美国Duwez教授采用熔体急冷法首先制得了Au70 Si30非晶薄带，标志着非晶态合金这一新材料研究领域的启动

1976年，国内开始了对非金合金的研究，并在“九五”期间，组建了“国家非晶微晶合金工程技术研究中心”，创建了“千吨级非晶带材生产线”

1988年，发现镧系、铝系和铜系合金有着较高的玻璃形成能力，含有钪的铝基非晶合金的抗拉强度可达约1500MPa

1992年，商用非晶合金Vitreloy 1在加州理工学院成功开发，并在此基础上开发很多同族的非晶合金

2004年，大块非晶钢（BMG）成功生产

2014年，我国在印刷电子学领域取得重大技术突破，成功研制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，我国继研发出自主运动的可变形液态金属机器之后，又发现液态金属具有类似细胞吞噬外界颗粒的“胞吞效应”

2017年，液态金属列入国家《重点新材料首批次应用示范指导目录》，2018年又纳入国家《战略性新兴产业分类》

2018年，我国研究人员首次提出“液态金属悬浮3D 打印”的概念和方法

2020年，黑鲨发布ROG魔霸4 Plus，将液态金属材料用在了散热层这一全新领域中

2020年，液态金属骨科外固定支具首次用于骨科临床，标志着我国宣威液态金属产业在生物医学领域从理论研究到运用取得了重大突破

国内发展现状

液态金属研究的重要领域是镓、铟类合金，即以镓、铟为基础材料，再配以其他的功能材料。国内目前主要以中科院、清华大学刘静老师的团队在推进，产业化工作大多还是由科技公司在进行，如北京梦之墨科技有限公司、云南中宣液态金属有限公司、云南科威液态金属有限公司等，并形成了一定的产业规模。中国科学技术大学等多家研究机构也在研究镓基液态金属新的应用领域。

市场规模预测

据Prudent Markets预测，全球液态金属市场将在2025年增长至2020万美元。

主要研究单位/公司

国内：清华大学、中国科学技术大学、中宣液态、梦之墨、杭州龙灿、科威液态、态金科技、新瑞清科、宜安科技、富驰高科、常州世竟、上海驰声、帕姆蒂昊宇…

国外：Liquidmetal Technologies、Honeywell、AlliedSignal、PrometalTech、日立金属…

以上排名不分先后，名称均为简称

应用案例

航天军工：太阳风收集器、空间站防护板、卫星的展开机构、卫星反射镜、坦克潜望镜、穿甲弹…