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  傳統(tǒng)認知中的金屬都是堅硬且難以融化的，而液態(tài)金屬材料打破了這一固有印象。作為室溫低熔點合金材料，這類液態(tài)金屬既繼承了金屬優(yōu)良的導電性與導熱性，又具有了水一樣極好的流動特性。相較于有劇毒的汞，鎵基合金具有難揮發(fā)、生物相容性好的特點，減少了對人類及環(huán)境的威脅，逐步在印刷電子、3D打印及柔性傳感器乃至于生物醫(yī)療等方面發(fā)揮了重要作用。然而，金屬本身的高密度會使器件變重，影響到能耗的同時也限制了其可使用的范圍。

  近日，清華大學劉靜教授課題組基于共晶鎵銦合金（eGaIn）與空心玻璃微珠（Glass bubbles）材料彼此間的相容性，首次提出并制備了一系列低密度的液態(tài)金屬-玻璃微珠復合物（GB-eGaIn）（圖1）。這類復合物的制作流程簡便，具有良好的延展性與可塑性，還具有較好的導電性，其密度可降低至原金屬材料30%乃至更低，甚至可以漂浮于水面上（圖2）。此外，向GB-eGaIn表面滴加少量的水即可以改變該種材料的內部結構，從而實現對其密度與電學性質的調控。基于以上特性，研究者們?yōu)樵摲N材料設計了平面與立體兩種應用場景，并配合防水封裝材料以實現對該種材料的水中行為加以控制。

圖1. GB-eGaIn材料示意

圖2. GB-eGaIn材料的性質

  基于GB-eGaIn良好的延展性，該種材料可以被輕松的壓成厚度低于1mm的薄片，且可實現卷曲、折疊等基本性質，為其通過折紙方式構成三維結構提供了可能（圖3）。與普通的液態(tài)金屬類似，GB-eGaIn也可以通過溫度調控在柔性與剛性之間切換，實現承重功能。

圖3. 平面結構的GB-eGaIn性質及應用

  得益于其低密度及薄片狀結構特性，GB-eGaIn薄片可以輕松漂浮在水中（圖4）。在此基礎上配合以封裝材料，可以通過加入少量水實現對GB-eGaIn薄片沉浮特性的改變。研究者們基于此特性制作了水面漂浮開關，成功實現了水中電路的通斷調控。這種薄片在烘干后可以重復利用，其電阻在經歷八次加水-烘干循環(huán)后仍可保持相對穩(wěn)定。

圖4. 平面GB-eGaIn在水中的性質及行為

  基于其良好的塑性特性，GB-eGaIn還可直接被塑形成立體形狀，在外加防水PU膜封裝后可以實現水中漂浮，為其在水面漂浮器件的應用提供了可能。這類漂浮部件可以載起達自身重量8倍的重物，并可通過對其加入水或對封裝材料的破壞進行對漂浮行為的調控。研究者們通過向其上加入磁鐵，實現了對其運動方向的磁性控制，在到達指定位置后通過加入水及破壞封裝材料實現了懸浮及沉沒。這為其未來在水面漂浮器件的制造提供了可能。

圖5.立體結構GB-eGaIn在水中性質的行為

  該工作以“Lightweight Liquid Metal Entity”為題發(fā)表在Advanced Functional Materials上，論文第一作者是清華大學醫(yī)學院博士研究生袁博，通訊作者為清華大學醫(yī)學院生物醫(yī)學工程系教授、中科院理化技術研究所雙聘研究員劉靜教授。

  論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adfm.201910709