中国科学家造出了世界首台液态金属机器“终结者”

[提要]

中国科学家造出了世界首台液态金属机器，这一成就被外媒形容为制造出“终结者”。在迄今所发展的各种柔性机器中，自主型液态金属机器所表现出的变形能力、运转速度与寿命水平等均较为罕见，这为其平添了诸多重要用途。关于液态金属自驱动效应和相应机器形态的发现，为今后发展高级的柔性智能机器人技术开辟了全新途径，具有十分重要的科学意义和实际应用价值。

中国科学家造出了世界首台液态金属机器，这一成就被外媒形容为制造出“终结者”。

据中科院理化所网站，3月3日，由刘静研究员带领的中国科学院理化技术研究所、清华大学医学院联合研究小组，在Advanced Materials上发表了题为“Self-Fueled Biomimetic Liquid Metal Mollusk”(2015)的研究论文，迅速被New Scientist、Nature研究亮点、Science新闻等数十个知名科学杂志或专业网站专题报道，在国际上引起重要反响和热议。

此项研究于世界上首次发现了一种异常独特的现象和机制，即液态金属可在吞食少量物质后以可变形机器形态长时间高速运动，实现了无需外部电力的自主运动，从而为研制实用化智能马达、血管机器人、流体泵送系统、柔性执行器乃至更为复杂的液态金属机器人奠定了理论和技术基础。这是该小组继首次发现电控可变形液态金属基本现象(Sheng et al., Advanced Materials, 2014, 封面文章；Zhang et al., Scientific Reports, 2014)之后的又一突破性发现。

这种液态金属机器完全摆脱了庞杂的外部电力系统，从而向研制自主独立的柔性机器迈出了关键的一步。文章被选为期刊内前封面故事，Altmetric计量学数据显示其指数已达71.0，远高于期刊平均值6.7，在同时期论文中则排名No.1。

威武霸气，中国全球首创液态金属散热

中科院理化所全球首创的液态金属热管理技术，突破了传统技术观念，其本身拥有的相关特性，使其有望成为第四代芯片散热技术。而与企业顺利开展产业化合作，也再次证明该所的研究成果并不甘心只停留在实验阶段。科幻大片《终结者2》中的大反派T1000是个液态金属机器人，在高温下才会被融化。而现实中，科研人员也找到了一种金属，在室温下就呈现液态，并成功地将其应用在计算机CPU散热系统中。

在室温条件下，以镓为主要成分的液态金属可以像水一样流动

中国科学院理化技术研究所（以下简称理化所）低温生物与医学实验室主任刘静和他的团队完成了这项工作。他在接受《中国科学报》记者采访时表示：“在CPU热管理领域引入液态金属，突破了传统技术观念，其本身拥有的相关特性，有望成为第四代芯片散热技术的关键。”

两年多来，理化所和北京依米康散热技术有限公司（以下简称依米康）就高性能液态金属CPU散热器展开产业化合作，在中科院理化所产业策划部的指导下，产业化进展顺利。

全球首创新一代散热技术

“目前市面上的主流CPU散热技术经历了三代变革。”刘静说。第一代CPU散热器（翅片风冷）主要依靠铜、铝等金属的导热来实现散热；第二代CPU散热器（热管）则采用相变吸热、毛细回流的热展开方式；第三代CPU散热技术（以水冷为代表）采用水对流传热来实现热展开过程。

刘静谈到，这三代散热技术在面临极端高热流密度散热问题时，都存在不易克服的瓶颈。就拿水冷来说，管道内易发生沸腾相变，会导致严重的系统稳定性问题，且其驱动需要借助机械泵，这会使得硬件设备较大。

“这对新一代散热技术提出更高要求，在确保结构尽量简单、可靠性强的前提下，散热器应提供远优于当前耐极限热流密度的能力。”刘静说，这就需要寻找具备更优异热物理性能的材料。

幸运的是，刘静及其团队研发的液态金属就是此类典型。其导热系数是水的60~70倍，捕获热量的能力比水强悍得多。此外，液态金属的沸点高达2000℃，抗击极端温度的能力异常强，且性质稳定、无毒。

综合其系列优势，液态金属冷却方法有望成为CPU散热领域的第四代高端散热技术。刘静团队这项于十余年前提出的全球首创技术，陆续得到了国际学术界的高度认可，著名刊物《电子封装杂志》将2010~2011年度唯一的最佳论文奖授予该团队。