本文章轉(zhuǎn)載自公眾號(hào)：有色標(biāo)準(zhǔn)專利 作者：張江峰

　　液態(tài)金屬是一大類合金材料，通常是指熔點(diǎn)低于200℃的低熔點(diǎn)合金，在常溫或工作狀態(tài)下為液態(tài)，具有液態(tài)溫度寬、導(dǎo)熱率高、導(dǎo)電性好等特性，能應(yīng)用于熱控與能源、印刷電子、生物醫(yī)療、柔性機(jī)器等領(lǐng)域。常見(jiàn)的液態(tài)金屬包括汞、銣、銫、鎵等有色金屬及其合金。其中室溫液態(tài)金屬的熔點(diǎn)更低，在室溫下即呈液態(tài)。自然界存在的室溫液態(tài)純金屬有汞、銫、鈁和鎵，其熔點(diǎn)分別為-38.87℃、28.65℃、27℃和29.8℃。

　　1.液態(tài)金屬和非晶合金的區(qū)別

　　國(guó)內(nèi)有人把非晶合金稱為液態(tài)金屬,緣于非晶態(tài)合金與液態(tài)一樣具有近程有序而遠(yuǎn)程無(wú)序的結(jié)構(gòu)特征,還有一種說(shuō)法是美國(guó)鋯基非晶態(tài)合金研發(fā)最有名Liquid metal Technologies公司，媒體把這家生產(chǎn)商的名稱直譯后，原本的“非晶態(tài)合金”在國(guó)內(nèi)的叫法就變成了“液態(tài)金屬”。

　　事實(shí)上，非晶合金與液態(tài)金屬屬于兩種完全不同的概念，兩者有著本質(zhì)的差別。

　　非晶合金實(shí)際上指的是材料的一種狀態(tài)，而液態(tài)金屬是一大類新型的合金材料。非晶合金采用的是急冷凝固制備工藝，指使金屬熔體急冷瞬間凝固的技術(shù)。該過(guò)程通常由液相到固相的相變過(guò)程進(jìn)行得非?？?，金屬或者合金的熔體急劇凝固成微晶、準(zhǔn)晶和非晶態(tài)的過(guò)程。

　　液態(tài)金屬和非晶合金的主要特性及應(yīng)用領(lǐng)域不同：非晶合金的特點(diǎn)主要取決于其不定型的原子結(jié)構(gòu)，沒(méi)有特定的晶格結(jié)構(gòu)，所以導(dǎo)致非晶合金具有獨(dú)特的力學(xué)特性，如高強(qiáng)度、高硬度，但是塑性變形能力很差。同時(shí)由于原子在空間的無(wú)序排列，不存在宏觀的磁各向異性，軟磁性能好。但是在電力學(xué)性能和化學(xué)性能上卻沒(méi)有明顯的優(yōu)勢(shì)。非晶合金應(yīng)用在精密器械行業(yè)、消費(fèi)電子外框等行業(yè)、非晶變壓器等，目前較為熟知的就是某些智能手機(jī)中框及卡針。液態(tài)金屬則因其不定型的液體形態(tài)而具有極佳的電性能和熱力學(xué)性能，是電學(xué)性能和熱力學(xué)性能要求較高的行業(yè)首選，如電子制造行業(yè)、散熱等。

　　由于液態(tài)金屬還具備很多其它特殊性能，如“吞噬效應(yīng)”、“自驅(qū)動(dòng)”、“變形變色”等，其應(yīng)用可擴(kuò)展至生物醫(yī)學(xué)、智能機(jī)器、國(guó)防應(yīng)用等眾多領(lǐng)域。

　　2.液態(tài)金屬產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀

　　液態(tài)金屬中銣廣泛應(yīng)用于天文導(dǎo)航系統(tǒng)、物理學(xué)、原子核物理、天文及天體物理學(xué)、記錄紫外線和光譜分析等方面。銫主要用于制造光電管、攝譜儀、閃爍計(jì)數(shù)器、軍用紅外信號(hào)燈、銫原子鐘等方面。金屬汞及其化合物被廣泛應(yīng)用于化學(xué)、醫(yī)藥、冶金、電器儀器、軍事及其他精密高新科技領(lǐng)域，汞主要被用于制造科學(xué)測(cè)量?jī)x器(如氣壓計(jì)、溫度計(jì)等)、電子電器產(chǎn)品，化學(xué)藥物、催化劑、汞蒸氣燈、電極、雷汞等。金屬鎵的消費(fèi)領(lǐng)域包含半導(dǎo)體和光電材料、太陽(yáng)能電池、低熔點(diǎn)合金、醫(yī)療器械、磁性資料等，其中半導(dǎo)體行業(yè)已成為鎵最大的消費(fèi)領(lǐng)域。目前我國(guó)金屬銣的產(chǎn)量約數(shù)十千克，金屬銫的產(chǎn)量約數(shù)十千克，金屬鎵的產(chǎn)量300多噸，汞的產(chǎn)量2000多噸。

　　液態(tài)金屬研究的重要領(lǐng)域是鎵、銦類合金，以鎵、銦為基礎(chǔ)材料，再配以其他的功能材料。國(guó)內(nèi)目前主要以中科院、清華大學(xué)劉靜老師的團(tuán)隊(duì)在推進(jìn)，產(chǎn)業(yè)化工作大多還是由科技公司在進(jìn)行，如北京夢(mèng)之墨科技有限公司、云南中宣液態(tài)金屬有限公司、云南科威液態(tài)金屬有限公司等，并形成了一定的產(chǎn)業(yè)規(guī)模。中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)、美國(guó)卡內(nèi)基梅隆大學(xué)等多家研究機(jī)構(gòu)也在研究鎵基液態(tài)金屬新的應(yīng)用領(lǐng)域。

　　2017年液態(tài)金屬材料被收錄進(jìn)工信部、財(cái)政部和保監(jiān)會(huì)共同組織編制的《重點(diǎn)新材料首批次應(yīng)用示范指導(dǎo)目錄(2017年版)》，其中液態(tài)金屬被列為重點(diǎn)新材料。2018年10月國(guó)家統(tǒng)計(jì)局第15次常務(wù)會(huì)議通過(guò)的《戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)分類(2018)》目錄中，也將液態(tài)金屬制造項(xiàng)目收入其中。國(guó)家出臺(tái)了多項(xiàng)支持液態(tài)金屬產(chǎn)業(yè)化的政策，持續(xù)進(jìn)行液態(tài)金屬新材料的制備工藝研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用示范，加快液態(tài)金屬科技成果的產(chǎn)業(yè)化。

　　3.液態(tài)金屬材料標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)情況

　　全國(guó)有色金屬標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)緊跟液態(tài)金屬行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀，及時(shí)制修訂了數(shù)項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)，目前已制定的有關(guān)液態(tài)金屬的標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表1。

表1 已發(fā)布的液態(tài)金屬標(biāo)準(zhǔn)

　　2017年下半年，全國(guó)有色金屬標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)與云南科威液態(tài)金屬谷研發(fā)有限公司、云南中宣液態(tài)金屬科技有限公司、中科院理化技術(shù)研究所、云南省科學(xué)技術(shù)院開(kāi)始建立了聯(lián)系，溝通液態(tài)金屬產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)。2018年上半年，標(biāo)委會(huì)秘書(shū)處先后去中科院理化技術(shù)研究所、云南科威液態(tài)金屬谷研發(fā)有限公司、云南中宣液態(tài)金屬科技有限公司等液態(tài)金屬相關(guān)科研、生產(chǎn)單位走訪調(diào)研。

　　通過(guò)調(diào)研與交流，液態(tài)金屬產(chǎn)業(yè)尚處于剛起步的階段，很多產(chǎn)品處于中試階段，工業(yè)化應(yīng)用偏少，技術(shù)指標(biāo)評(píng)價(jià)體系也未完全建立，標(biāo)準(zhǔn)的配套不會(huì)一蹴而就，而是與該產(chǎn)業(yè)的發(fā)展相對(duì)應(yīng)相匹配。所以確認(rèn)以目前最為成熟的鎵基液態(tài)金屬作為首項(xiàng)液態(tài)金屬產(chǎn)業(yè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，中國(guó)科學(xué)院理化技術(shù)研究所為主起草單位提交國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)立項(xiàng)申請(qǐng)，并于2017年全國(guó)有色金屬標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)年會(huì)通過(guò)論證，由秘書(shū)處申報(bào)。在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)關(guān)于下達(dá)2018年第三批國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)制修訂計(jì)劃的通知(國(guó)標(biāo)委發(fā)〔2018〕60號(hào))中正式通過(guò)立項(xiàng)。2018年12月標(biāo)委會(huì)組織召開(kāi)任務(wù)落實(shí)會(huì)，組成了由中國(guó)科學(xué)院理化技術(shù)研究所牽頭，云南科威液態(tài)金屬谷研發(fā)有限公司、云南中宣液態(tài)金屬科技有限公司、云南省科學(xué)技術(shù)院組成的編制組，并于2019年5月和10月召開(kāi)了兩次工作會(huì)議。在液態(tài)金屬新材料領(lǐng)域，本標(biāo)準(zhǔn)的編制將對(duì)行業(yè)起到適當(dāng)引領(lǐng)的作用。

　　為了進(jìn)一步推動(dòng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，解決技術(shù)指標(biāo)評(píng)價(jià)體系不完善的問(wèn)題，組織相關(guān)企業(yè)預(yù)研后，由云南科威液態(tài)金屬谷研發(fā)有限公司牽頭提交國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)立項(xiàng)申請(qǐng)，建立液態(tài)金屬物理性能測(cè)定方法系列標(biāo)準(zhǔn)，該系列方法初步擬建立3個(gè)部分，第1部分：密度的測(cè)定;第2部分：電導(dǎo)率的測(cè)定;第3部分：粘度的測(cè)定。經(jīng)2018年4月論證會(huì)通過(guò)后，由秘書(shū)處申報(bào)，10月參加立項(xiàng)評(píng)估會(huì)。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)關(guān)于下達(dá)2019年第一批推薦性國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)計(jì)劃的通知(國(guó)標(biāo)委發(fā)〔2019〕11號(hào))中《液態(tài)金屬物理性能測(cè)定方法 第1部分：密度的測(cè)定》正式通過(guò)立項(xiàng)，已于2019年5月召開(kāi)了任務(wù)落實(shí)會(huì)組成編制組。關(guān)于下達(dá)2019年第三批推薦性國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)計(jì)劃的通知(國(guó)標(biāo)委發(fā)〔2019〕29號(hào))中《液態(tài)金屬物理性能測(cè)定方法 第2部分：電導(dǎo)率的測(cè)定》也正式通過(guò)立項(xiàng)，《液態(tài)金屬物理性能測(cè)定方法 第3部分：粘度的測(cè)定》作為擬立項(xiàng)項(xiàng)目正在公示。在基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)建立后，為了推動(dòng)液態(tài)金屬的市場(chǎng)應(yīng)用，目前正預(yù)研液態(tài)金屬熱界面材料以滿足各類高性能、高功率密度芯片的散熱需求。

　　目前液態(tài)金屬相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)在研3項(xiàng)，擬立項(xiàng)正在公示1項(xiàng)，在未來(lái)的兩年的工作中，重點(diǎn)完成首批液態(tài)金屬材料相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的編制，填補(bǔ)液態(tài)金屬產(chǎn)業(yè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的空白。同時(shí)繼續(xù)申報(bào)和預(yù)研為液態(tài)金屬產(chǎn)業(yè)配套方法及應(yīng)用類型標(biāo)準(zhǔn)。具體項(xiàng)目見(jiàn)表2。

表2 目前在研及預(yù)研的液態(tài)金屬相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)

　　4.結(jié)語(yǔ)

　　液態(tài)金屬是一大類合金材料，其中以金屬鎵為基體的液態(tài)金屬材料無(wú)毒無(wú)害，使用安全，具有液態(tài)溫區(qū)寬、導(dǎo)熱率高、導(dǎo)電性強(qiáng)等特性。未來(lái)可應(yīng)用于熱控與能源、印刷電子、生物醫(yī)療、柔性機(jī)器等領(lǐng)域。全國(guó)有色金屬標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)將緊跟產(chǎn)業(yè)發(fā)展，組織國(guó)內(nèi)液態(tài)金屬生產(chǎn)企業(yè)、使用部門和科研單位制修訂一批標(biāo)準(zhǔn)，建立并完善液態(tài)金屬標(biāo)準(zhǔn)體系，滿足液態(tài)金屬材料行業(yè)的需求。