清華大學醫(yī)學院教授 劉靜

　　2017年9月，中國科學院發(fā)布《2017科學發(fā)展報告》。其中，液態(tài)金屬作為當前的一大研究熱點，被列入這一權(quán)威報告。液態(tài)金屬是什么?主要應用于哪些領(lǐng)域?這一材料在未來有可能帶來哪些顛覆性的技術(shù)進展?《2017科學發(fā)展報告》的編寫者之一、國內(nèi)液態(tài)金屬研究領(lǐng)域的領(lǐng)軍人——清華大學劉靜教授日前接受了本刊記者的獨家專訪。

　　【CCN】液態(tài)金屬主要應用于哪些領(lǐng)域中，與傳統(tǒng)材料相比有哪些優(yōu)點?

　　【劉靜】液態(tài)金屬是指常溫下呈液體狀態(tài)、可流動且能導電的金屬。液態(tài)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(lǐng)域都有應用。在熱控領(lǐng)域，液態(tài)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(tǒng)材料相比，導熱性有了量級的改變;由液態(tài)金屬制造的散熱器可以解決熱障這一傳統(tǒng)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(shù)體系。在電子領(lǐng)域，液態(tài)金屬可以作為墨水用于3D打印，直接生成電子電路，與傳統(tǒng)的金屬相比，其打印溫度和設(shè)備成本均大幅降低，并且制造時間縮短，可實現(xiàn)個性化定制。在醫(yī)學領(lǐng)域，液態(tài)金屬與人體有良好的生物相容性，可以將神經(jīng)電信號連通，用以修復斷裂神經(jīng)。在機械領(lǐng)域，與傳統(tǒng)的聚合物材料相比，液態(tài)金屬自驅(qū)動、可變形、能跑會跳，為研發(fā)柔性機器人提供了路徑。以上應用領(lǐng)域都是由中國科研人員首先開創(chuàng)，并在國際上引起了不小的反響。

　　【CCN】目前，國內(nèi)液態(tài)金屬研發(fā)處于什么水平和階段?哪些液態(tài)金屬產(chǎn)品和技術(shù)已經(jīng)得到產(chǎn)業(yè)化應用?

　　【劉靜】近幾年中國液態(tài)金屬的研發(fā)推進十分迅速，未來有著廣闊的科研發(fā)展空間，世界范圍內(nèi)液態(tài)金屬科學研究與工業(yè)應用的重心正逐漸形成于中國。中國液態(tài)金屬研究從2000年開始醞釀，此后長達十多年的時間里，已申報200余項發(fā)明專利，基本覆蓋液態(tài)金屬的眾多領(lǐng)域。團隊迄今有幸做出了40余項全新基礎(chǔ)科學發(fā)現(xiàn)，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(jīng)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(shù)突破。

　　例如在電子技術(shù)方面，2014年我國在印刷電子學領(lǐng)域取得重大技術(shù)突破，研制成功世界首臺室溫液態(tài)金屬打印機，可在任意表面繪制電路。2016年，繼研發(fā)出自主運動的可變形液態(tài)金屬機器之后，我們又發(fā)現(xiàn)液態(tài)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(jié)者”材料成為可能。近期，我國研究人員又首次提出“液態(tài)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(jié)構(gòu)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(tài)金屬產(chǎn)業(yè)化在增材制造、熱控與能源、醫(yī)療健康、柔性機器等領(lǐng)域都取得了豐碩的成果。2016年在云南舉辦的“第二屆液態(tài)金屬產(chǎn)業(yè)技術(shù)高峰論壇”集中展示了100多種新產(chǎn)品。其中有很多熱控產(chǎn)品實現(xiàn)了規(guī)模化的銷售，例如熱界面材料，美國IBM公司和歐洲都曾研究過熱界面材料，但均不能較好地解決粘附性問題。我國自主研發(fā)的熱界面材料性能在世界范圍內(nèi)處于領(lǐng)先地位，而且建立了高達上百噸的規(guī)模化生產(chǎn)線。液態(tài)金屬冷卻器(散熱器)也早在一些年前就得到了產(chǎn)業(yè)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(chǎn)，今后可能會更多地研究面向數(shù)據(jù)中心、高性能服務器、筆記本電腦以及更多超大功率光電設(shè)備的冷卻器。

　　【CCN】請您簡單介紹一下我國液態(tài)金屬產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)狀，為何該產(chǎn)業(yè)能在云南大放異彩?

　　【劉靜】液態(tài)金屬的一系列重大應用技術(shù)正在重塑新的工業(yè)架構(gòu)，催生出一系列新興產(chǎn)業(yè)。目前，中國液態(tài)金屬產(chǎn)業(yè)方面處于世界上非常顯著的領(lǐng)先地位，其產(chǎn)品正在大規(guī)?？焖偻七M，未來有著巨大的產(chǎn)業(yè)發(fā)展空間。其中，云南的液態(tài)金屬產(chǎn)業(yè)領(lǐng)先全國，形成對外輸出技術(shù)、產(chǎn)品乃至服務的格局。當?shù)亟ǔ蓢鴥?nèi)外領(lǐng)先的年產(chǎn)200噸液態(tài)金屬、熱界面材料產(chǎn)品、液態(tài)金屬電子油墨以及年產(chǎn)20萬套液態(tài)金屬電子手寫筆的生產(chǎn)線，相關(guān)產(chǎn)品已批量投放市場并遠銷歐美國家;世界首臺液態(tài)金屬桌面電子電路打印機及墨盒生產(chǎn)線也在建設(shè)之中。

　　液態(tài)金屬產(chǎn)業(yè)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(chǎn)儲量位居全國前三位，有力地提供了產(chǎn)業(yè)所需原材料。云南當?shù)卣拇罅Ψ龀趾推髽I(yè)家的眼光超前、務實肯干，實現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)的繁榮。云南的自然環(huán)境和生態(tài)環(huán)保俱佳，吸引了全國各地液態(tài)金屬企業(yè)向當?shù)貐R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(gòu)(清華大學、中國科學院等)保持密切的聯(lián)系，實現(xiàn)了產(chǎn)學研的有機結(jié)合，造就了“科研出中關(guān)村，產(chǎn)業(yè)出云南”的奇觀。一個高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)要實現(xiàn)良性發(fā)展，科學要先行，產(chǎn)業(yè)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(chǎn)業(yè)系統(tǒng)。云南地區(qū)以上條件都得到了滿足，因而使得液態(tài)金屬在當?shù)啬艽蠓女惒省?/p>

　　【CCN】未來液態(tài)金屬有望產(chǎn)生哪些改變世界的顛覆性技術(shù)?在化工、能源領(lǐng)域有何應用前景?

　　【劉靜】液態(tài)金屬作為一類特殊功能材料，有望在電子信息、生物醫(yī)學、柔性機器人、新計算機等領(lǐng)域帶來顛覆性變革，并催生出一系列戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)。在電子領(lǐng)域，將引發(fā)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(tài)，使得隨處制造電子成為可能。在醫(yī)學上，液態(tài)金屬將在接合和修復斷裂神經(jīng)、治療腫瘤技術(shù)、柔性外骨骼技術(shù)、血管造影術(shù)等方面改變世界。柔性機器人方面，目前已發(fā)現(xiàn)了液態(tài)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(xiàn)實。在計算機方面，液態(tài)金屬可構(gòu)建計算核心邏輯單元，有望發(fā)展出靈活、智能、可控的計算系統(tǒng)。在化工領(lǐng)域，目前已發(fā)現(xiàn)液態(tài)金屬可作為催化劑，實現(xiàn)固體鋁在室溫下的直接、連續(xù)快速產(chǎn)氫，盡管大多數(shù)研究成果還停留在實驗階段，但已彰顯出巨大的發(fā)展?jié)摿ΑＴ谀茉搭I(lǐng)域，科學家們制備了液態(tài)金屬氫源燃料電池，實現(xiàn)了氫氣的平穩(wěn)生產(chǎn)，具有廣闊的應用前景;常溫液態(tài)金屬電池在大規(guī)模儲能方面性能優(yōu)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(shù)之一。

　　【CCN】當前，我國政府十分重視新材料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，出臺了一系列利好政策。要促進像液態(tài)金屬這樣的新材料加速產(chǎn)業(yè)化，您認為國家應在哪些方面下工夫?

　　【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(nèi)原創(chuàng)的高新技術(shù)領(lǐng)域應大加重視。中國從近代以來在科學和技術(shù)上長期技不如人，造就了國人“凡是西方熱衷的科學領(lǐng)域都是好的，凡是國內(nèi)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(nèi)對國際上的熱點產(chǎn)業(yè)很重視，而對像液態(tài)金屬這樣絕大多數(shù)由中國原創(chuàng)的領(lǐng)域卻不重視。與之相反，西方發(fā)達國家對液態(tài)金屬領(lǐng)域已經(jīng)有清晰認識，正不斷向此領(lǐng)域大舉進軍。如果這種狀態(tài)持續(xù)發(fā)展下去，可能會重現(xiàn)歷史驚人的一幕：火藥由中國人發(fā)明，槍炮卻來自西方。

　　第二，在財力方面，國家應該加大對此領(lǐng)域的投入。液態(tài)金屬是一艘名副其實的“萬億級產(chǎn)業(yè)航母”，僅從其在電子領(lǐng)域的應用來看，一臺打印機價值40萬~50萬元，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(lǐng)域的價值更是無法估量。然而，目前國家對液態(tài)金屬投入比較少，研發(fā)力量也相對薄弱。但我國液態(tài)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(lǐng)域的開拓發(fā)展做出了杰出貢獻，在世界上發(fā)出了中國原創(chuàng)的聲音。因此，國家應該加強對此領(lǐng)域的政策扶持，加大資金投入，擴充研究力量，方能實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展。

　　第三，國家在研究和產(chǎn)業(yè)方面給予全方位支持的同時，應避免科研和產(chǎn)業(yè)界出現(xiàn)混亂。在科研界，要給予原創(chuàng)者以政策和資金支持，合理分發(fā)科研經(jīng)費，避免出現(xiàn)“能言善辯者多拿經(jīng)費，而播種者卻被踩在腳下”的現(xiàn)象。目前，液態(tài)金屬的研究正逐步引發(fā)研究和產(chǎn)業(yè)的熱潮，在產(chǎn)業(yè)界有必要引導合理有序的投資。