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【探滇TIME】“剛柔相濟”的材料“新星”

作者：來源：云南網時間：2024/10/21 16:13

開欄的話

顛覆認知，一款既能“繞指柔”又能“強如鋼”的材料界的“新星”——液態金屬正在云南崛起，未來想象和科幻中也許即將走入現實；

四探太空，打破“洋菌種”的壟斷，專注于培育適合國人體質的“中國菌”，以“菌”破局造出“中國芯”；

百年云錫，用心制造錫離子這一“工業味精”，實現了從“論噸賣”到“按顆賣”“按克賣”的新賽道；

深耕“云南成分”“中國成分”，“國貨之光”這樣解題“敏感肌”；

玫瑰花田里，從“芯”開始，打造會“呼吸”的溫室，小花朵也能“開”出大產業；

用無人機運送貨品、坐飛機暢游山水間……人們曾經對天空的想象似乎正在“變現”……

向“新”而行，以“質”致遠。由云南省廣播電視局指導，云南網拍攝制作的云南省廣播電視和網絡視聽節目創新創優扶持項目（網絡視聽節目）——向“新”而行以“質”致遠——【探“滇”TIME】新質生產力網絡紀錄片正式推出，跟隨鏡頭，一起探一探云南這片充滿活力的土地上正在蓬勃興起的新質生產力。

金屬，通常是堅硬、強韌的代名詞。然而，有一種金屬，顛覆了我們對金屬的傳統認知，它像水一般，常溫下可自由地流動。

這種既有著水的靈動與柔順，又具備金屬的堅韌與力量的金屬就是液態金屬。它正成為“異軍突起”的革命性材料，以其很好的流動性、高導熱性、高導電性等獨特的性能為工業制造、航空航天、軍工國防、生物醫療、教育與文化創意等領域的創新發展提供了無限的可能。

這樣一個“高精尖”材料就藏在西南邊陲的云南——云南中宣液態金屬科技有限公司，一家專門研發、生產液態金屬的國家專精特新“小巨人”企業。一起走進這里，探一探這款既能“繞指柔”又能“強如鋼”的材料界的“新星”——液態金屬。

“流動的科技”

中國液態金屬谷在滇啟航

在元素周期表118個元素中，非金屬占22種，而金屬則高達96種。在如此多的金屬中，僅有零星幾種金屬在常溫下處于液態——鎵、銣、銫、汞、鈁。

“這5種金屬中，汞是我們最熟悉的，但是汞在常溫下極易彌散出劇毒性蒸氣，致使其制作和使用存在很大的風險，而銣、銫、鈁又具有放射性和危險性?！痹颇峡仆簯B金屬谷研發有限公司總經理助理張城瑋解釋道，整個元素周期表中，31號元素鎵的安全無毒和綜合優勢都是極為罕見的，今天許多關于液態金屬的研究與應用正是從鎵開始的。

21世紀以來，隨著諸多發明的出現，鎵這類以往只被零星研究或只在特殊領域引發關注的常溫液態金屬從藏在深山無人知到逐漸進入人們視野，揭開了許多非凡的物質科學屬性，也打開了廣闊的科技與工業領域，成為材料界的“新寵”。

“近年來研究發現，處于溶液中的液態金屬，可在電場控制下于不同形態和運動模式之間發生轉換，呈現出如大尺度變形、自旋、定向運動、融合與分離、射流、逆重力爬行、褶皺波效應等行為，這些異常獨特的現象改變了人們對傳統材料的固有認知，也打開了全新的視野?！睆埑乾|解釋道。

2014年，由首席科學家劉靜帶領的中國科學院理化技術研究所和清華大學組成的聯合科研團隊，經過 20多年堅持不懈努力所研發的液態金屬科技項目乘“科技入滇”的東風落戶云南宣威，依托云南“有色金屬王國”的資源優勢，在這里科技創新和產業創新深度交融。液態金屬谷的夢想由此啟航。

走進云南中宣液態金屬科技有限公司中國液態金屬科技館內，有即寫即干的液態金屬手寫筆；有世界首臺液態金屬桌面電子電路打印機，數秒內打印出來的電路板可任意折疊；有透X線、穿戴便捷的骨科外固定支具……讓記者更直觀地感受了這個“流動的科技”。

“液態金屬作為一種前沿新材料，公司經過持續科研創新，到一系列關鍵技術突破，再到關鍵性顛覆性技術的成熟，產業鏈正不斷延伸、產業規模正不斷擴大，正在向著‘原材料一功能材料一整體解決方案器械—裝備制造’的全產業鏈發展?！痹颇峡仆簯B金屬谷研發有限公司綜合辦公室主任吳常浩表示，中宣公司通過十余年的發展，厚植了系列化關鍵技術和產品，結合云南有色金屬資源優勢，在滇建設液態金屬全新工業策源地，打造液態金屬谷產業集群。

在先進熱管理方面，推出了系列化液態金屬熱界面材料、流體散熱器件和相變熱管理器件，與傳統的散熱材料相比，液態金屬的散熱效率更高，能夠滿足日益增長的高功率設備的散熱需求；

在生物健康領域，推出了系列化康復產品液態金屬骨科外固定支具、系列化液態金屬運動防護產品，解決了傳統骨科外固定支具功能單一、笨重、使用不便、舒適性差等痛點；

在先進制造領域，開發出了液態金屬檢驗檢測設備、液態金屬智慧屏、液態金屬導電滑環等產品，還開發出了錫磷合金材料、液態金屬精細球形粉、液態金屬導電膠等功能材料；

在新能源領域，開發出了液態金屬便攜制氫裝置和產氫膠囊等。

……

依托云南這一“有色金屬王國”，一批批新興科技產品在云嶺大地破土而出、開花結果，云南中宣液態金屬科技有限公司已孵化出8家企業，建成液態金屬導熱膏、導熱片、導熱硅脂、鋅合金、智慧屏等生產線，向市場推出了13個產品，液態金屬正帶動新一代信息技術、新能源、先進制造、生物醫學等領域的創新發展，助推云南加快推進有色金屬產業轉型升級。

芯片散熱的“新答案”

突破傳統熱界面材料熱導率的極限

在日常生活中，我們可能有這樣的體驗：花大價錢買的電腦，配置很高，卻越來越卡，風扇聲也越來越大。

這是為什么？因為芯片怕熱。大到空間站芯片、火箭芯片、導彈芯片，小到智能家居、消費電子、電視等，都離不開芯片散熱。

在云南中宣液態金屬科技有限公司的車間，我們找到了芯片散熱的解決方案。

“隨著集成電子微系統高頻高速、多功能、高性能、小體積的集成與封裝發展趨勢，性能要求高、發熱量就大，但是傳統的硅脂導熱性能不好，導熱系數只有5W/mk，遠遠滿足不了5G時代快速增長的散熱需求。所以，為了確保發熱元器件所產生的熱量能夠及時排出，就需要找更先進、更高導熱率的熱界面材料?！痹颇现行簯B金屬科技有限公司技術部部長張季解釋道，而液態金屬就具有高導熱性，導熱系數在 20~50W/MK甚至以上，突破了傳統熱界面材料熱導率的極限，做熱界面材料正好。

找到了新材料只是最簡單的一步，困難開始接踵而至。由于鎵基液態金屬表面張力大，粘度小，工作狀態容易溢出、泄漏，可能導致電路短路、器件損壞的嚴重問題，還對鋁及其合金有嚴重的腐蝕性，這些問題都嚴重制約了鎵基液態金屬熱界面材料的應用。

“液態金屬常溫下是液態的，而這一優勢在研發導熱膏時卻變成了劣勢?！睆埣菊f道，首先需要將液態金屬涂覆在芯片表面，而且還要保證液態金屬的完整封裝，確保不漏，這樣才能更好地實現導熱?！盀榱烁玫鼐鶆虻赝吭谛酒砻?，最終自主研發了液態金屬高頻點膠技術，做到導熱性的同時還達到了一定精度要求?！?/p>

不止于此，作為熱界面材料的液態金屬，由于其金屬特性，所以潤濕性和粘度不夠，就需要進行一系列的改性——改變液態金屬的潤濕性和粘度等參數?！?年多時間的系列研究，通過不同的工藝方法對液態金屬進行了物理改性，解決了液態金屬表面張力大、基底濕潤性和相容性差等問題，把劣勢變成了優勢，自主研發了系列設備，最終成功制備了高性能液態金屬復合熱界面材料，并且提供液態金屬從材料選型、測試評估、可靠封裝方案、量產工藝和售后等熱管理整體解決方案?！睆埣颈硎?。

2016年，公司建成了國內首套液態金屬熱界面材料自動化生產線，實現了液態金屬熱界面材料的規?；a，現綜合產能達80噸/年，主要產品包括液態金屬導熱膏、液態金屬導熱片、液態金屬復合導熱硅脂，項目屬國內首創，產品處于國際先進水平。