《清华大学刘静教授团队研发密度低于水液态金属》

  • 来源专题:光电情报网信息监测服务平台
  • 编译者: husisi
  • 发布时间:2020-03-24
  • 近日,中国科学院理化技术研究所双聘研究员、清华大学医学院生物医学工程系教授刘静团队首次提出「轻质液态金属」的概念,研发出了密度低于水的液态金属复合材料,为打造液态金属机器人奠定基础。

    华创证券指出,液态金属是金属材料中的新贵,有可能逐渐替代现有的材料,并制造出突破性产品。液态金属将成为继工程塑料、轻合金之后的第三代新材料,能广泛应用于消费电子产品、锂电池、3D打印、柔性智能机器、血管机器人等领域,液态金属应用前景广阔,不仅能有效带动产业升级,还将催生万亿规模市场空间。

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  • 《清华刘静课题组首次提出轻量化液态金属物质概念 》

    • 来源专题:中国科学院文献情报制造与材料知识资源中心 | 领域情报网
    • 编译者:冯瑞华
    • 发布时间:2020-04-16
    • 清华大学医学院生物医学工程系刘静教授课题组在《先进功能材料》(Advanced Functional Materials)上发表了题为“轻量化液态金属物质”(Lightweight Liquid Metal Entity)的研究论文,首次提出了轻量化液态金属物质的概念,并展示了这一全新材料的特性和用途,相应成果被选为期刊内背封面故事(图1)。 常温液态金属通常是指一大类熔点接近室温的低熔点金属。与传统认知中的金属不同,此类物质通常情况下呈液态,既具有液体良好的流动性,又拥有金属材料优异的导电性与导热性,且易于通过温度调控使其在固液相之间快速切换,即表现出刚柔相济的特点。由于这些因素,液态金属在柔性电子、3D打印、芯片冷却、生物医学以及可变形机器人等领域得到了日益增长的应用。然而,常规的液态金属材料自身密度通常很高,这会给由此制成的器件与装备平添额外重量,造成相应能量消耗,也削弱了使用的灵活性。 为改变上述现状,刘静课题组提出了旨在制造轻质液态金属的基本思想,他们特别以共晶镓铟合金及中空玻璃微珠为典型代表,制备出了密度仅为水的一半以至可漂浮于水面的轻量化液态金属复合材料。这种材料除保留了纯液态金属良好的导电性、导热性、力学强度及固液相变特性外,还拥有可塑性、可变形性乃至磁性等行为,作者们为此设计了系列平面及三维应用场景,并引入不同封装方式实现了对材料漂浮行为的调控,展示了水面电路及水中机器人的潜在应用。   轻质液态金属物质概念的提出具有基础科学意义和普适应用价值,由此开启了一条研制新型液态金属功能材料的基本途径。原则上,结合各类液态金属与对应的轻质改性物质,可赋予终端材料更多目标功能,从而能以一种材料形式同时将许多尖端材料的功能如电、磁、声、光、热、力学、流体、化学等集于一体,这是已有材料体系不易具备的,因而在许多场合十分有用,比如作为印刷电子墨水、3D打印材料、可注射金属骨骼与牙科修复、血管栓塞及造影剂、水中机械电子设备、刚柔相济型可穿戴外骨骼以及可变形柔性机器人等。 此项研究中,论文第一作者为清华大学医学院生物医学工程系博士生袁博,通讯作者为清华大学医学院生物医学工程系教授刘静。相应研究得到国家自然科学基金重点项目及中国科学院前沿项目的资助。
  • 《我学者研发出液态金属驱动机器人》

    • 来源专题:中国科学院文献情报制造与材料知识资源中心 | 领域情报网
    • 编译者:冯瑞华
    • 发布时间:2018-10-22
    • 电影《终结者》中的液态金属机器人“T1000”开启了液态金属在机器人领域应用的梦想之门。记者从中国科学技术大学获悉,该校精密机械与精密仪器系张世武副教授研究团队与其合作者组成的联合研究组,设计了基于镓基室温液态金属的新型机器人驱动器,首次实现了液态金属驱动的功能性轮式移动机器人。该成果日前发表在《先进材料》杂志上。 镓基室温液态金属具独特的表面性质及理化特性,可以通过电场、磁场以及浓度梯度场等多种能量场或者表面改性等方式,实现变形、移动、分离以及融合等多种形态学变化,在微流体、生物医学以及机器人等领域展示出巨大的应用前景。然而,液态金属在机器人领域应用研究目前仅局限于以液态金属液滴为机器人本体,尚无基于液态金属的功能性机器人的研究报道。 研究人员设计了一种具有超疏水表面的极轻半封闭轮式结构,将液态金属液滴限制在狭长的轮体内部;通过巧妙设计的随动微型电极支架施加外部电场驱动轮体内液态金属运动,进而持续改变轮式机器人的重心,驱动轮式机器人滚动。同时,研究人员对所提出的新型液态金属机器人做了动力学建模与分析,并通过实验探索了电解液浓度、施加电压、液态金属体积、轮体结构等参数对机器人运动性能的影响,获得驱动运动的最佳参数匹配。进一步,通过集成电池系统,研究人员成功设计了新型液态金属自驱动轮式移动机器人。