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液態金屬開啟新時代,中宣液態行業領跑者

Liquid metal opens a new era, Zhongxuan liquid industry leader

熱點透視·跨越未來,創新承載科技強國夢,液態金屬:萬億級產業航母待加速

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  2017年9月,中國科學院發布《2017科學發展報告》。其中,液態金屬作為當前的一大研究熱點,被列入這一權威報告。液態金屬是什么,主要應用于哪些領域,這一材料在未來有可能帶來哪些顛覆性的技術進展,《2017科學發展報告》的編寫者之一、國內液態金屬研究領域的領軍人—清華大學劉靜教授接受了中國化工信息記者朱一帆的獨家專訪。

  【CCN】液態金屬主要應用于哪些領域中,與傳統材料相比有哪些優點?

  【劉靜】液態金屬是指常溫下呈液體狀態、可流動且能導電的金屬。液態金屬既是金屬又是液體,相當于多種功能材料的疊加,因此它在諸多領域都有應用。在熱控領域,液態金屬制作導熱膏,用于芯片冷卻和電腦器件散熱,其沸點高、傳熱快,與傳統材料相比,導熱性有了量級的改變;由液態金屬制造的散熱器可以解決熱障這一傳統材料無法解決的世界性難題,并已形成其獨特的理論和技術體系。在電子領域,液態金屬可以作為墨水用于3D打印,直接生成電子電路,與傳統的金屬相比,其打印溫度和設備成本均大幅降低,并且制造時間縮短,可實現個性化定制。在醫學領域,液態金屬與人體有良好的生物相容性,可以將神經電信號連通,用以修復斷裂神經。在機械領域,與傳統的聚合物材料相比,液態金屬自驅動、可變形、能跑會跳,為研發柔性生機器人提供了路徑。以上應用領域都是由中國科研人員首先開創,并在國際上引起了不小的反響。

  【CCN】目前,國內液態金屬研發處于什么水平和階段?哪些液態金屬產品和技術已經得到產業化應用?

  【劉靜】近幾年中國液態金屬的研發推進十分迅速,未來有著廣闊的科研發展空間,世界范圍內液態金屬科學科研與工業應用的重心正逐漸形成于中國。中國液態金屬科研從2000年開始醞釀,此后長達十多年的時間里,已申報200余項發明專利,基本覆蓋液態金屬的眾多領域。團隊迄今有幸做出了40余項全新基礎科學發現,并在芯片冷卻、熱量捕獲、低成本制氫、桌面電子打印機、3D打印、神經連接、腫瘤治療、柔性可變性機器等方面取得了一系列底層技術突破。例如在電子技術方面,2014年我國在印刷電子學領域取得重大技術突破,研制成功世界首臺室溫液態金屬打印機,可在任意表面繪制電路。2016年,繼研發出自主運動的可變形液態金屬機器之后,我們又發現液態金屬具有類似細胞吞噬外界顆粒的“胞吞效應”,這使得造出“終結者”材料成為可能。近期,我國科研人員又首次提出“液態金屬懸浮3D打印”的概念和方法,可在室溫下快速制造具有任意復雜形狀和結構的三維柔性金屬可變形體并用于組裝立體可拉伸電子器件。截至目前,液態金屬產業化在增材制造、熱控與能源、醫療健康、柔性機器等領域都取得了豐碩的成果。2016年在云南舉辦的“第二屆液態金屬產業技術高峰論壇’,集中展示了100多種新產品。其中有很多熱控產品實現了規模化的銷售,例如熱界面材料,美國IBM公司和歐洲都曾研發過熱界面材料,但均不能較好地解決粘附性問題。我國自主研發的熱界面材料性能在世界范圍內處于領先地位,而且建立了高達上百噸的規模化生產線。液態金屬冷卻器(散熱器)也早在一些年前就得到了產業化應用,只是由于當前市場上臺式機越來越少而逐步減少生產,今后可能會更多地研發面向數據中心、高性能服務器、筆記本電腦以及更多超大功率光電設備的冷卻器。

  【CCN】請您簡單介紹一下我國液態金屬產業的現狀,為何該產業能在云南大放異彩?

  【劉靜】液態金屬的一系列重大應用技術正在重塑新的工業架構,催生出一系列新興產業。目前,中國液態金屬產業方面處于世界上非常顯著的領先地位,其產品正在大規模快速推進,未來有著巨大的產業發展空間。其中,云南的液態金屬產業領先全國,形成對外輸出技術、產品乃至服務的格局。當地建成國內外領先的年產200噸液態金屬、熱界面材料產品、液態金屬電子油墨以及年產20萬套液態金屬電子手寫筆的生產線,相關產品已批量投放市場并遠銷歐美國家;世界首臺液態金屬桌面電子電路打印機及墨盒生產線也在建設之中。液態金屬產業在云南開出了絢麗之花,這其中有著多方面的原因。云南素有“有色金屬王國”之稱,擁有巨大的金屬儲量,其中鉛、鋅、錫、磷、銅、銀等25種礦產儲量位居全國前三位,有力地提供了產業所需原材料。云南當地政府的大力扶持和企業家的眼光超前、務實肯干,實現了產業的繁榮。云南的自然環境和生態環保巨佳,吸引了全國各地液態金屬企業向當地匯聚;其得天獨厚的自然條件也為科研人員提供了良好的實驗平臺。云南雖地處西南,卻始終與首都科研機構(清華大學、中國科學院等)保持密切的聯系,實現了產學研的有機結合,造就了“科研出中關村,產業出云南”的奇觀。一個高新技術產業要實現良性發展,科學要先行,產業要推進,地方支持必不可少同時與外界的交流不可或缺這樣才能形成一個外向、包容、開放的產業系統。云南地區以上條件都得到了滿足,因而使得液態金屬在當地能大放異彩。

  【CCN】未來液態金屬有望產生哪些改變世界的顛覆性技術?在化工、能源領域有何應用前景?

  【劉靜】液態金屬作為一類特殊功能材料,有望在電子信息、生物醫學、柔性機器人、新計算機等領域帶來顛覆性變革,并催生出一系列戰略性新興產業。在電子領域,將引發一場電子革命,會打破電子制造和功能器件制造的不平衡狀態,使得隨處制造電子成為可能。在醫學上,液態金屬將在接合和修復斷裂神經、治療腫瘤技術、柔性外骨骼技術、血管造影術等方面改變世界。柔性機器人方面,目前已發現了液態金屬存在胞吞等類生物行為,有望制造出能跑會跳的機器人,將科幻變成現實。在計算機方面,液態金屬可構建計算核心邏輯單元,有望發展出靈活、智能、可控的計算系統。在化工領域,目前已發現液態金屬可作為催化劑,實現固體鋁在室溫下的直接、連續快速產氫,盡管大多數研冤成果還停留在實驗階段,但已彰顯出巨大的發展潛力。在能源領域,科學家們制備了液態金屬氫源燃料電池,實現了氫氣的平穩生產,具有廣闊的應用前景;常溫液態金屬電池在大規模儲能方面性能優越,將成為未來最有潛力應用于電力儲能的電化學儲能技術之一。

  【CCN】當前,我國政府十分重視新材料產業的發展,出臺了一系列利好政策。要促進像液態金屬這樣的新材料加速產業化,您認為國家應在那些方面下工夫?

  【劉靜】第一,從意識層面上,社會要摒棄錯誤的科學評價思潮,提高民族自信心,對國內原創的高新技術領域應大加重視。中國從近代以來在科學和技術上長期技不如人,造就了國人“凡是西方熱衷的科學領域都是好的,凡是國內的科學成果都不可取”的錯誤思維。這種錯誤的觀念導致了國內對國際上的熱點產業很重視,而對像液態金屬這樣絕大多數由中國原創的領域卻不重視。與之相反,西方發達國家對液態金屬領域已經有清晰認識,正不斷向此領域大舉進軍。如果這種狀態持續發展下去,可能會重現歷史驚人的一幕:火藥由中國人發明,槍炮卻來自西方。

  第二,在財力方面,國家應該加大對此領域的投入。液態金屬是一艘名副其實的“萬億級產業航母”,僅從其在電子領域的應用來看,一臺打印機價值40萬一50萬元,20萬臺打印機即價值上千億元;其在柔性機器、先進能源、新計算機等領域的價值更是無法估量。然而,目前國家對液態金屬投入比較少,研發力量也相對薄弱。但我國液態金屬科研團隊卻在極其有限的人力、物力、財力下,一路披荊斬棘,為此領域的開拓發展做出了杰出貢獻,在世界上發出了中國原創的聲音。因此,國家應該加強對此領域的政策扶持,加大資金投入,擴充研發力量,方能實現產業的蓬勃發展。

  第三,國家在研究和產業方面給予全方位支持的同時,應避免科研和產業界出現混亂。在科研界,要給予原創者以政策和資金支持,合理分發科研經費,避免出現“能言善辯者多拿經費,而播種者卻被踩在腳下”的現象。目前,液態金屬的研究正逐步引發研究和產業的熱潮,在產業界有必要引導合理有序的投資。

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