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区别于传统的刚性金属材料，液态金属既具备金属材料的特性，又同时兼具流动性（也即柔性），使其在智能电子和传感器、软体机器人、可穿戴设备、3D打印、热管理、和生物医学系统乃至空间应用等领域展现了巨大的应用潜力。但不可忽视的是，液态金属的流动性也为其实际应用带来了一个严峻挑战---即液态金属的泄露问题。由于液态金属可以和多种金属形成金属间化合物进而腐蚀设备，且还可能造成设备的短接，因此采取有效的方法解决液态金属的泄露是一个十分必要且亟待解决的科学难题。

鉴于此，中科院理化技术研究所刘静课题组和中国农业大学何志祝课题组合作，开创性地提出了一种自下而上的动态防泄漏液态金属制备策略，基于银修饰的硬磁材料钕铁硼在充磁前后的状态变化和液态金属的高表面张力，巧妙地将液态金属锁定在钕铁硼颗粒之间，从而“根治”了液态金属的泄露问题。这样制备出来的磁固定液态金属（MILM）不但在静态下不泄露，在大的压缩应力作用下依然可以保持不泄露的状态，因而具有动态防泄漏特征。具体地（如图1所示），镀银钕铁硼颗粒在充磁前与一般的固体金属颗粒相似，且其与液态金属具有良好的润湿性，可以通过包吞的方式将二者掺混到一起，对掺混后的混合物进行充磁，在这一过程中钕铁硼颗粒相互吸引形成多孔结构，而液态金属自然地被夹持在钕铁硼颗粒的缝隙之间，从而借助自身的高表面张力固定其中，不再泄露。此过程避免了外界的氧化作用，使得液态金属得以最大限度的保持自身的特性。且由于硬磁颗粒之间的强磁相互吸引力，即使在外界的压力下这一多孔结构也仅会发生变形而非坍塌，因此这样制备出来的液态金属的防泄漏特性是动态可适应的，这对于一些动力机构的运行显然非常有利。

除上述优点外，磁固定液态金属还显示出显著改善的热学性能。以铋基液态金属为例，相应的MILM表现出大的储热容量、良好的热稳定性、高导热性和低热阻。与纯EBiInSn相比， MILM的热导率增加了42.3%。研究中还展示了MILM的典型应用，并说明了进一步提高其性能的途径。例如，在MILM中添加微量的膨胀石墨（EG），在不影响其导电性的情况下，其导热性提高了约2.16倍。改变NdFeB颗粒的类型将MILM的热导率提高了1.61倍，并将其电导率提高了69.61%。

该项研究成果以“Dynamic Leakage-Free Liquid Metals”为题发表在《 Advanced Functional Materials》期刊上，陆泳宇博士（毕业于中科院理化技术研究所，现为美国康涅狄格大学博士后）和于得海博士为本文的共同一作，刘静研究员和何志祝教授为共同通讯。

图1. 液态金属的泄露问题和动态防泄漏的液态金属的制备过程展示

图2. 动态防泄漏液态金属的内部结构和磁性能表征

镀银钕铁硼颗粒不但可以通过包吞的方式直接和液态金属掺混到一起，钕铁硼颗粒外的致密银壳还可以防止钕铁硼被液态金属腐蚀从而丧失磁性，上述的系列表征也说明钕铁硼颗粒并未与液态金属发生合金化反应，其磁性可以长时间保持不变，因而利用镀银硬磁颗粒制备动态防泄漏的液态金属这一方法是可靠的，且具有一定的耐久性。

图3. 动态防泄漏液态金属的热学和电学性能

除此以外，在钕铁硼颗粒表面镀银还可以提升防泄漏液态金属的导热性能，且并未对其导电性能产生明显的干扰，结合液态金属的动态防泄漏特性，该种液态金属在热界面材料和电子电路等领域具有巨大的应用潜力。

图4. 动态防泄漏液态金属的应用

该种动态防泄漏的液态金属在热管理，3D电路等方面均展示了良好的应用潜力。

图5. 动态防泄漏液态金属的性能提升

此外，在该种动态防泄漏的液态金属中掺混少量的膨胀石墨或更换钕铁硼颗粒种类，均可以显著提升该种动态防泄漏液态金属的性能。在膨胀石墨掺杂比例仅为1.81wt%的情况下，磁固定液态金属的热导率提升了近2.16倍，而将钕铁硼颗粒更换为磁性更强的钕铁硼后，钕铁硼颗粒同样可以在外表面银壳的保护下不被液态金属腐蚀，从而长久地保持液态金属的动态防泄漏特征，且更将热导率和电导率分别提升了1.61倍和69.61%。

总的来说，本项研究利用永磁颗粒充磁前后的状态变化和液态金属的高表面张力，提出了一种自下而上的解决液态金属泄露问题的策略，且由于永磁颗粒之间的磁相互吸引特性，该种液态金属具有动态可适应的防泄漏特征。

视频1. 液态金属的动态防泄漏特性

视频2. 外部压缩应力下液态金属的动态防泄漏特性

视频3. 实际应用中液态金属的动态防泄漏特性

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来源：高分子科学前沿

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