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其實(shí)，讓液態(tài)金屬動(dòng)起來(lái)早在第一次試驗(yàn)中就已經(jīng)實(shí)現(xiàn)。在電場(chǎng)的作用下，人為控制出來(lái)的液態(tài)金屬球發(fā)生了自旋現(xiàn)象。

研究人員盛磊向南方日?qǐng)?bào)記者展示的試驗(yàn)中，能清楚地看到金屬球的周?chē)纬闪艘粋€(gè)漩渦對(duì)。如果將墨水灑在金屬球上，旋轉(zhuǎn)的金屬球立馬將墨水引向了兩邊，其自旋的方向清晰可見(jiàn)，整顆液態(tài)金屬球并非是按逆時(shí)針或者順時(shí)針在旋轉(zhuǎn)，而是在兩個(gè)半球上各自有一個(gè)自旋轉(zhuǎn)。

而且，將正負(fù)兩個(gè)電極放入容器中之后，液態(tài)金屬球會(huì)朝著正極的方向運(yùn)動(dòng)。劉靜將其稱(chēng)為“電驅(qū)動(dòng)”。

但是，最新的科研成果卻讓這個(gè)發(fā)現(xiàn)顯得不那么“牛逼”。

還是一次偶然。

在去年9月的一次實(shí)驗(yàn)中，液態(tài)金屬表面的氧化物影響了實(shí)驗(yàn)效果。張潔隨手抄起桌上的一張鋁箔，卷成小棍試圖剝?nèi)ヒ簯B(tài)金屬表面的氧化膜。奇跡就這樣不期而至。當(dāng)鋁箔碰到液態(tài)金屬球的時(shí)候，這個(gè)安靜的球體竟然燥動(dòng)起來(lái)，它開(kāi)始在裝有氫氧化鈉溶液的器皿中運(yùn)動(dòng)，圍著器皿的內(nèi)壁一圈圈的跑動(dòng)。

這時(shí)，沒(méi)有人向之前一樣給它通電，也就是說(shuō)這不是“電驅(qū)動(dòng)”。而且，沒(méi)想到的是，液態(tài)金屬竟然不知疲憊地奔跑了一個(gè)小時(shí)還沒(méi)有停下來(lái)。

為了向南方日?qǐng)?bào)記者展示自主運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象，盛磊將一塊鋁箔放在液態(tài)金屬球旁邊，只見(jiàn)液態(tài)金屬球慢慢地吞噬了這塊鋁箔，并且將鋁箔移動(dòng)到了它的“尾巴”處，開(kāi)始奔跑起來(lái)。鋁箔則慢慢地消失，仿佛被這個(gè)液態(tài)金屬球“消化”了一樣。

“最奇怪的是液態(tài)金屬并不是自身與鋁發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，它是把鋁當(dāng)成了食物，為它自身的運(yùn)動(dòng)提供能量。”劉靜說(shuō)。

這讓液態(tài)金屬擺脫了對(duì)于龐雜的外部電力系統(tǒng)的依賴(lài)，實(shí)現(xiàn)了自運(yùn)動(dòng)。目前，實(shí)驗(yàn)室已能制成不同大小的液態(tài)金屬，尺度從數(shù)十微米到數(shù)厘米，且可在不同電解液環(huán)境如堿性、酸性乃至中性溶液中運(yùn)動(dòng)。

而且，在實(shí)驗(yàn)中，吞噬了鋁箔的液態(tài)金屬球既可在自由空間運(yùn)動(dòng)，又能于各種結(jié)構(gòu)槽道中蜿蜒前行。它還可隨沿程槽道的寬窄自行作出變形調(diào)整。實(shí)驗(yàn)室人員甚至還為它設(shè)計(jì)了專(zhuān)門(mén)的跑道，各種大小的液態(tài)金屬在里面隨意穿行。

高效率能量轉(zhuǎn)換

液態(tài)金屬在吞噬了相當(dāng)于其體重3%左右的鋁箔后，可以5厘米/秒的速度運(yùn)動(dòng)一個(gè)小時(shí)以上，這時(shí)的液態(tài)金屬既是新材料又是新能源

液態(tài)金屬既可以人為控制形狀，又能在不借助外部電場(chǎng)的作用下實(shí)現(xiàn)自主運(yùn)動(dòng)，已然“驚世駭俗”。論文發(fā)表之后迅速引起關(guān)注，據(jù)盛磊介紹，《先進(jìn)材料》雜志的其他文章平均受關(guān)注指數(shù)在6左右，而他們的文章遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了這個(gè)平均值，發(fā)表一個(gè)月以來(lái)已達(dá)267，“獲得這個(gè)雜志有史以來(lái)最高的關(guān)注度”。

“因?yàn)殇X很容易形成氧化膜，導(dǎo)致其不與其他物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，但是液態(tài)金屬阻斷了鋁的氧化膜的形成，使其與容器中的液體發(fā)生反應(yīng)，從而為液態(tài)金屬的運(yùn)動(dòng)提供能量。”劉靜說(shuō)。

這個(gè)過(guò)程中提供能量的機(jī)制就是原電池反應(yīng)以及氣泡的推動(dòng)。所謂原電池反應(yīng)，指的是由兩塊活潑性能不同的金屬作為原電池的兩個(gè)電極（活潑的金屬是電池的負(fù)極，不活潑金屬作為電池的正極），放入電解質(zhì)溶液中，再由導(dǎo)線(xiàn)形成閉合回路。

據(jù)劉靜介紹，剛開(kāi)始“液態(tài)金屬機(jī)器”沒(méi)有外部動(dòng)力，“吞噬”鋁片后，被卸掉裝甲的鋁片與溶液發(fā)生反應(yīng)，在電解液里形成原電池反應(yīng)，會(huì)產(chǎn)生電力和氫氣泡推動(dòng)液態(tài)金屬前進(jìn)。

如果液滴個(gè)體很小，在微米級(jí)別，就可以靠氣泡的反作用力推動(dòng)；如果液滴個(gè)體比較大，在毫米、厘米級(jí)別時(shí)，氣泡的作用微乎其微，這時(shí)，鋁與液態(tài)金屬組成短路原電池，形成內(nèi)生電場(chǎng)，這會(huì)改變液態(tài)金屬表面電雙層的分布，誘發(fā)液態(tài)金屬表面張力出現(xiàn)不均衡，進(jìn)而產(chǎn)生較大推動(dòng)力。“液態(tài)金屬表面張力是液體里最高的，是水的近9倍。由于它既是液體又能導(dǎo)電，就可以在電雙層表面張力作用下運(yùn)動(dòng)。表面張力會(huì)讓液態(tài)金屬向球形發(fā)展，在內(nèi)部形成漩渦。從流體力學(xué)來(lái)說(shuō)，是非常獨(dú)特的，像風(fēng)火輪一樣內(nèi)部出現(xiàn)大回環(huán)，又像坦克一樣用輪子帶動(dòng)履帶。”劉靜說(shuō)。

液態(tài)金屬在吞噬了相當(dāng)于其體重3%左右的鋁箔后，可以5厘米/秒的速度運(yùn)動(dòng)一個(gè)小時(shí)以上。“這個(gè)能量轉(zhuǎn)化機(jī)制是非常高的，雖然我們沒(méi)有詳細(xì)的測(cè)算，但是對(duì)比來(lái)看，絕對(duì)算高效率。”盛磊說(shuō)。

在盛磊看來(lái)，吞食了鋁箔而進(jìn)行自主運(yùn)動(dòng)的液態(tài)金屬既是新材料又是新能源，“首先這種能量轉(zhuǎn)換機(jī)制非常好，其次，自主運(yùn)動(dòng)的液態(tài)金屬本身也是一個(gè)動(dòng)力源，可以為其他的物體運(yùn)動(dòng)提供動(dòng)力。”

■應(yīng)用前景

關(guān)于液態(tài)金屬的研究成果，最吸引人的莫過(guò)于制造一個(gè)液態(tài)金屬機(jī)器人。但是盛磊坦言距離這個(gè)目標(biāo)還很遙遠(yuǎn)。

首要的障礙就是如何加強(qiáng)對(duì)于液態(tài)金屬形態(tài)以及運(yùn)動(dòng)的精確控制。劉靜表示，目前還無(wú)法通過(guò)人為控制使得液態(tài)金屬出現(xiàn)更多的形態(tài)變化。

讓液態(tài)金屬“站”起來(lái)一直是這個(gè)團(tuán)隊(duì)努力實(shí)現(xiàn)的事情，但是目前奇跡還沒(méi)有發(fā)生。據(jù)劉靜介紹，就像人體一樣，是由各個(gè)部分組成的，要想讓液態(tài)金屬站起來(lái)，或許也要考慮這種組合的方式。比如，他們正在試圖給液體金屬機(jī)器人搭建支架，讓它們通過(guò)附著的方式組合起來(lái)，從而完成站立這一壯舉。

“把液態(tài)金屬用皮膚套裝起來(lái)，或者用毛細(xì)現(xiàn)象將它附著在其他金屬骨架表面，它就可以不局限于溶液中，能走出去執(zhí)行高難度的特殊任務(wù)”。

液態(tài)金屬機(jī)器人需要融合材料學(xué)、生物學(xué)、機(jī)器人、流體力學(xué)、電子、傳感器以及計(jì)算機(jī)等多學(xué)科的知識(shí)，這才是把想象力變成現(xiàn)實(shí)的基礎(chǔ)。

在研究團(tuán)隊(duì)的設(shè)想中，救災(zāi)中柔性機(jī)器人可以穿過(guò)狹小空隙再恢復(fù)原形繼續(xù)執(zhí)行任務(wù)；醫(yī)療手術(shù)中，柔性機(jī)器人可沿血管等人體自然腔道運(yùn)動(dòng)，將藥物送入靶點(diǎn)，或者直接清掃血管里的垃圾；在外太空探索中，柔性機(jī)器人可以在微重力或無(wú)重力環(huán)境下執(zhí)行任務(wù)。

“如果把電子編程看做是神經(jīng)調(diào)控，液態(tài)金屬看作‘細(xì)胞’功能執(zhí)行單元，通過(guò)電子芯片進(jìn)行編程并結(jié)合一定的材料技術(shù)，就可以讓液態(tài)金屬實(shí)現(xiàn)可控的變形和組裝集成，并實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)型剛性和硬質(zhì)機(jī)器人無(wú)法做到的無(wú)縫連接。”劉靜說(shuō)。

這些設(shè)想還有些遙遠(yuǎn)，但是關(guān)于液態(tài)金屬的應(yīng)用卻已成為現(xiàn)實(shí)。

2013年，劉靜基于對(duì)液態(tài)金屬的研究，成功實(shí)現(xiàn)了在紙上“打印”電子電路：它的基本觀念在于，在常溫狀態(tài)下，“墨水”就是液態(tài)金屬，打出來(lái)就能成為電路。

2002年前后，劉靜使用一種液態(tài)的鎵銦錫合金，用作計(jì)算機(jī)CPU冷卻劑，以替代傳統(tǒng)的風(fēng)扇散熱器。

由于鎵基液態(tài)金屬具有杰出的導(dǎo)電性能，是水的數(shù)億倍，其電導(dǎo)率顯著優(yōu)于納米復(fù)合材料等其他熱門(mén)神經(jīng)修復(fù)材料。劉靜便朝著這個(gè)方向大膽邁進(jìn)，使用鎵基液態(tài)金屬修復(fù)人體受損的神經(jīng)。研究團(tuán)隊(duì)將牛蛙大腿上的坐骨神經(jīng)剪斷，再用注射器將液態(tài)金屬注射進(jìn)去，以連接剪斷的神經(jīng)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，重新連起來(lái)的神經(jīng)能很好地傳遞刺激信號(hào)，在信號(hào)傳導(dǎo)效果上與未受傷的神經(jīng)幾乎一樣。而且，由于鎵銦錫金屬在X射線(xiàn)下具有很強(qiáng)的顯影性，在完成神經(jīng)修復(fù)后很容易再通過(guò)注射器取出體外，這就避免了復(fù)雜的二次手術(shù)，被稱(chēng)作是“令人震驚的醫(yī)學(xué)突破”。 （記者 王騰騰 實(shí)習(xí)生：張阿高 策劃統(tǒng)籌：黃慧瑩）