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【探滇TIME】“刚柔相济”的材料“新星”

作者：来源：云南网时间：2024/10/21 16:13

开栏的话

颠覆认知，一款既能“绕指柔”又能“强如钢”的材料界的“新星”——液态金属正在云南崛起，未来想象和科幻中也许即将走入现实；

四探太空，打破“洋菌种”的垄断，专注于培育适合国人体质的“中国菌”，以“菌”破局造出“中国芯”；

百年云锡，用心制造锡离子这一“工业味精”，实现了从“论吨卖”到“按颗卖”“按克卖”的新赛道；

深耕“云南成分”“中国成分”，“国货之光”这样解题“敏感肌”；

玫瑰花田里，从“芯”开始，打造会“呼吸”的温室，小花朵也能“开”出大产业；

用无人机运送货品、坐飞机畅游山水间……人们曾经对天空的想象似乎正在“变现”……

向“新”而行，以“质”致远。由云南省广播电视局指导，云南网拍摄制作的云南省广播电视和网络视听节目创新创优扶持项目（网络视听节目）——向“新”而行以“质”致远——【探“滇”TIME】新质生产力网络纪录片正式推出，跟随镜头，一起探一探云南这片充满活力的土地上正在蓬勃兴起的新质生产力。

金属，通常是坚硬、强韧的代名词。然而，有一种金属，颠覆了我们对金属的传统认知，它像水一般，常温下可自由地流动。

这种既有着水的灵动与柔顺，又具备金属的坚韧与力量的金属就是液态金属。它正成为“异军突起”的革命性材料，以其很好的流动性、高导热性、高导电性等独特的性能为工业制造、航空航天、军工国防、生物医疗、教育与文化创意等领域的创新发展提供了无限的可能。

这样一个“高精尖”材料就藏在西南边陲的云南——云南中宣液态金属科技有限公司，一家专门研发、生产液态金属的国家专精特新“小巨人”企业。一起走进这里，探一探这款既能“绕指柔”又能“强如钢”的材料界的“新星”——液态金属。

“流动的科技”

中国液态金属谷在滇启航

在元素周期表118个元素中，非金属占22种，而金属则高达96种。在如此多的金属中，仅有零星几种金属在常温下处于液态——镓、铷、铯、汞、钫。

“这5种金属中，汞是我们最熟悉的，但是汞在常温下极易弥散出剧毒性蒸气，致使其制作和使用存在很大的风险，而铷、铯、钫又具有放射性和危险性。”云南科威液态金属谷研发有限公司总经理助理张城玮解释道，整个元素周期表中，31号元素镓的安全无毒和综合优势都是极为罕见的，今天许多关于液态金属的研究与应用正是从镓开始的。

21世纪以来，随着诸多发明的出现，镓这类以往只被零星研究或只在特殊领域引发关注的常温液态金属从藏在深山无人知到逐渐进入人们视野，揭开了许多非凡的物质科学属性，也打开了广阔的科技与工业领域，成为材料界的“新宠”。

“近年来研究发现，处于溶液中的液态金属，可在电场控制下于不同形态和运动模式之间发生转换，呈现出如大尺度变形、自旋、定向运动、融合与分离、射流、逆重力爬行、褶皱波效应等行为，这些异常独特的现象改变了人们对传统材料的固有认知，也打开了全新的视野。”张城玮解释道。

2014年，由首席科学家刘静带领的中国科学院理化技术研究所和清华大学组成的联合科研团队，经过 20多年坚持不懈努力所研发的液态金属科技项目乘“科技入滇”的东风落户云南宣威，依托云南“有色金属王国”的资源优势，在这里科技创新和产业创新深度交融。液态金属谷的梦想由此启航。

走进云南中宣液态金属科技有限公司中国液态金属科技馆内，有即写即干的液态金属手写笔；有世界首台液态金属桌面电子电路打印机，数秒内打印出来的电路板可任意折叠；有透X线、穿戴便捷的骨科外固定支具……让记者更直观地感受了这个“流动的科技”。

“液态金属作为一种前沿新材料，公司经过持续科研创新，到一系列关键技术突破，再到关键性颠覆性技术的成熟，产业链正不断延伸、产业规模正不断扩大，正在向着‘原材料一功能材料一整体解决方案器械—装备制造’的全产业链发展。”云南科威液态金属谷研发有限公司综合办公室主任吴常浩表示，中宣公司通过十余年的发展，厚植了系列化关键技术和产品，结合云南有色金属资源优势，在滇建设液态金属全新工业策源地，打造液态金属谷产业集群。

在先进热管理方面，推出了系列化液态金属热界面材料、流体散热器件和相变热管理器件，与传统的散热材料相比，液态金属的散热效率更高，能够满足日益增长的高功率设备的散热需求；

在生物健康领域，推出了系列化康复产品液态金属骨科外固定支具、系列化液态金属运动防护产品，解决了传统骨科外固定支具功能单一、笨重、使用不便、舒适性差等痛点；

在先进制造领域，开发出了液态金属检验检测设备、液态金属智慧屏、液态金属导电滑环等产品，还开发出了锡磷合金材料、液态金属精细球形粉、液态金属导电胶等功能材料；

在新能源领域，开发出了液态金属便携制氢装置和产氢胶囊等。

……

依托云南这一“有色金属王国”，一批批新兴科技产品在云岭大地破土而出、开花结果，云南中宣液态金属科技有限公司已孵化出8家企业，建成液态金属导热膏、导热片、导热硅脂、锌合金、智慧屏等生产线，向市场推出了13个产品，液态金属正带动新一代信息技术、新能源、先进制造、生物医学等领域的创新发展，助推云南加快推进有色金属产业转型升级。

芯片散热的“新答案”

突破传统热界面材料热导率的极限

在日常生活中，我们可能有这样的体验：花大价钱买的电脑，配置很高，却越来越卡，风扇声也越来越大。

这是为什么？因为芯片怕热。大到空间站芯片、火箭芯片、导弹芯片，小到智能家居、消费电子、电视等，都离不开芯片散热。

在云南中宣液态金属科技有限公司的车间，我们找到了芯片散热的解决方案。

“随着集成电子微系统高频高速、多功能、高性能、小体积的集成与封装发展趋势，性能要求高、发热量就大，但是传统的硅脂导热性能不好，导热系数只有5W/mk，远远满足不了5G时代快速增长的散热需求。所以，为了确保发热元器件所产生的热量能够及时排出，就需要找更先进、更高导热率的热界面材料。”云南中宣液态金属科技有限公司技术部部长张季解释道，而液态金属就具有高导热性，导热系数在 20~50W/MK甚至以上，突破了传统热界面材料热导率的极限，做热界面材料正好。

找到了新材料只是最简单的一步，困难开始接踵而至。由于镓基液态金属表面张力大，粘度小，工作状态容易溢出、泄漏，可能导致电路短路、器件损坏的严重问题，还对铝及其合金有严重的腐蚀性，这些问题都严重制约了镓基液态金属热界面材料的应用。

“液态金属常温下是液态的，而这一优势在研发导热膏时却变成了劣势。”张季说道，首先需要将液态金属涂覆在芯片表面，而且还要保证液态金属的完整封装，确保不漏，这样才能更好地实现导热。“为了更好地均匀地涂在芯片表面，最终自主研发了液态金属高频点胶技术，做到导热性的同时还达到了一定精度要求。”

不止于此，作为热界面材料的液态金属，由于其金属特性，所以润湿性和粘度不够，就需要进行一系列的改性——改变液态金属的润湿性和粘度等参数。“2年多时间的系列研究，通过不同的工艺方法对液态金属进行了物理改性，解决了液态金属表面张力大、基底湿润性和相容性差等问题，把劣势变成了优势，自主研发了系列设备，最终成功制备了高性能液态金属复合热界面材料，并且提供液态金属从材料选型、测试评估、可靠封装方案、量产工艺和售后等热管理整体解决方案。”张季表示。

2016年，公司建成了国内首套液态金属热界面材料自动化生产线，实现了液态金属热界面材料的规模化生产，现综合产能达80吨/年，主要产品包括液态金属导热膏、液态金属导热片、液态金属复合导热硅脂，项目属国内首创，产品处于国际先进水平。