液態金屬的研究持續引發了芯片冷卻、能源技術、先進制造、生命健康以及柔性機器人等領域的顛覆性技術突破，促成了一系列有著重大應用價值的新興工業領域的形成和發展，為大量高新技術和產品的創制注入了新的活力。

關鍵詞：液態金屬 新工業 產業化 技術標準

近年來，我國在液態金屬產業轉化方面進入快速發展階段，居國際領先水平，已孵化出一系列在世界上處于領先地位或填補空白的液態金屬高新技術企業，包括云南液態金屬谷系列公司及北京夢之墨科技有限公司等，從液態金屬功能材料、應用器件到先進制造裝備等系列產品已批量進入市場。由于液態金屬巨大的應用價值及發展潛力，一些發達國家正陸續在基礎研究和產業應用方面進行布局。

01 液態金屬產業發展歷程

2002 年，中國團隊首次提出將低熔點金屬特別是鎵基液態金屬流體用于芯片冷卻，開啟了這類高安全性常溫液態金屬的基礎與應用研究。此后，又相繼開創了液態金屬在功能材料、熱控與能源、印刷電子與 3D 打印、生物醫學、可變形機器等多個領域的研究，使液態金屬從最初的冷門發展成備受矚目的重大科技前沿。

早在 2004 年，中國科學院理化技術研究所（以下簡稱“中科院理化所”）就開始液態金屬前沿技術產業轉化的推動工作。當時，高性能芯片的“熱障”問題使得以風冷為代表的傳統散熱方法面臨巨大挑戰，熱管及水冷等方式逐步成為主流，然而芯片在摩爾定律的快速迭代范式下，已有技術無法滿足芯片可持續發展的需求。

液態金屬具有遠高于常規流體的熱導率（如鎵熱導率約為水的 60 倍），可極大提升流體換熱系數。特別是，液體金屬作為一種優良的導電介質，可通過無運動部件的電磁泵驅動，實現緊湊式高性能液冷散熱器，這種超高熱流密度散熱及低功耗特性，在芯片及相關行業展示出重大價值。

基于早期液態金屬產業實踐，液態金屬領域引領者、中科院理化所劉靜教授于 2008 年前瞻性地提出在中關村創建中國液態金屬谷的戰略構想，但限于時機而未能實質性推動。不過，該倡議在數年后由于相關項目乃至產業集群落地于有著有色金屬王國之稱的云南后得以快速推動起來，云南也歷史性地成為液態金屬全新工業的策源地。

2013 年，中科院理化所液態金屬項目落地云南，由中宣液態金屬科技有限公司（以下簡稱“中宣公司”）實施產業化。2014 年，作為“科技入滇”重點簽約項目，液態金屬科技成果在業界產生重要影響 ；與此同時，結合云南有色金屬資源優勢建設液態金屬谷的倡議得以落實。2015 年，中宣公司在國內外率先建成液態金屬熱界面材料等生產線，推出了液態金屬導熱膏、導熱片、電子油墨、電子手寫筆等系列產品。同年，在多方推動下，定位于服務支撐液態金屬產業的云南科威液態金屬谷研發中心掛牌成立。2016 年，專注于極端散熱的云南靖創液態金屬熱控技術研發有限公司（以下簡稱“靖創公司”）在曲靖成立。2017 年 2 月，云南液態金屬谷建設成果入選“2016 云南十大科技進展”，被贊譽為“揭開了液態金屬前沿技術的神秘面紗”。此后，云南逐步建立起較為完善的液態金屬研發、生產、檢測等產業體系，先后孵化出 8 家相關產業化公司，具備了良好的產業基礎優勢，“中國液態金屬谷”產業集群初步形成。

02 液態金屬四大產業領域

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、國防科技等領域創新發展。液態金屬產業化主要涉及四大領域。

液態金屬先進散熱

液態金屬作為同時兼具流動性、高導熱性、高體積相變潛熱的材料，為先進散熱技術的發展帶來了顛覆性變革。例如，將液態金屬通過浸潤性改性后制備的熱界面材料的熱阻遠低于現有硅脂基熱界面材料 ；將液態金屬作為流體散熱介質，其換熱系數遠高于現有液冷技術 ；將液態金屬（ 低熔點合金）作為相變熱控材料，則具有單位體積相變潛熱大、相變材料內溫度梯度小、相變前后體積變化小等顯著優勢。

近 20 年來，國際上圍繞液態金屬先進散熱技術的研究與應用呈蓬勃發展態勢。繼中國之后，發達國家也紛紛加以布局，美國國家航空航天局（NASA）還于 2014 年將其列為前沿研究方向。我國總體上在基礎研究及產業化上均占據先機。

液態金屬熱界面材料方面，我國學者率先解決了液態金屬與不同基底之間的浸潤性這一核心問題，在應用上跨出實質性一步 ；此后，中宣公司于 2014 年實現了熱界面材料產品量產，并成功應用于索尼、聯想等知名公司的最新電子終端產品。

液態金屬相變材料單位體積的相變潛熱遠高于傳統材料，為解決受限空間高功率密度熱控問題開辟了新途徑，靖創公司的相變熱控產品已應用于國防領域。

液態金屬流體散熱方面，中科院理化所研制的液態金屬 CPU 散熱器于 2008 年進入市場，性能明顯優于市場上的頂級熱管散熱產品。

可以預計，由于兼具各種綜合優勢，液態金屬有望成為理想的超高功率密度散熱材料，并帶動構建嶄新的技術應用體系，有關研究不僅為科學技術進步注入了新的活力，也為相關產業的可持續發展與變革帶來了新的希望。

中科院理化所研制的用于計算機 CPU 冷卻的液態金屬散熱器

近 20 年來國際液態金屬先進散熱技術發展情況

液態金屬熱界面材料

(a) 與基底材料的浸潤改性；(b) 導熱膏與導熱片產品；(c) 應用于索尼公司 PlayStation 5 產品。

液態金屬印刷電子與 3D 打印

電子器件制造在現代文明中扮演了至關重要的作用。已有的電子制造方法大多昂貴、耗時、耗材及耗能，難以實現普惠化及個性化。我國研究者于 2010 年前后開創性提出了顛覆傳統的液態金屬印刷電子技術與3D 打印技術，相繼發明了一系列全新概念的液態金屬印刷電子與 3D 打印材料及制造裝備，建立了有關理論與技術體系。

2012 年，中科院理化所團隊首次系統論述基于液態金屬的電子直寫技術，并研發出世界上第一臺液態金屬桌面級電子電路打印機，可在任意基質上打印的液態金屬噴墨打印機，以及常溫下直接成型的液態金屬3D 打印機。以上液態金屬打印產品及應用技術已由北京夢之墨科技有限公司實施產業化。

隨著 5G 通信、物聯網、可穿戴設備等新一代電子信息技術產業的爆發式增長，作為其硬件基礎的印刷電子行業也得到蓬勃發展。液態金屬作為一種液體導電材料，具備利用印刷（涂布）工藝，制造柔性化、薄膜輕質化、表面共形化電子線路及器件的能力，并有望與大面積、卷對卷等規模化生產方式相結合，可望為相關產業帶來顛覆性變革。

而作為信息科學與制造業深度融合的先進制造技術，3D 打印代表了未來數字化生產的新方向。中國科學家首創的機電一體化液態金屬 3D 打印技術，打破了傳統 3D 打印技術的應用瓶頸。機電一體化液態金屬 3D 打印技術的創新在于賦予傳統 3D 打印產品電學功能，從而使功能器件的 3D 打印成為現實。

液態金屬生物醫學

發端于我國的液態金屬生物材料學促成了相應理論與技術體系的構建，一系列基礎突破在國際上產生廣泛影響。首創的液態金屬神經連接與修復技術，被評價為“極令人震驚的醫學突破”；發明的液態金屬血管造影術、液態金屬腫瘤栓塞劑、可注射固液相轉換型低熔點合金骨水泥，以及醫療電子體 3D 打印等，也在業界引起廣泛重視。

在液態金屬生物醫學技術的產業轉化方面，我國也走在世界前列。云南邁特力醫療技術有限公司基于液態金屬的低溫熔塑特性，研發的骨科外固定支具產品已應用于臨床，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。

該技術展示出熱塑形溫度低及貼合度好、質量輕、透 X 線、形狀溫控記憶性好等顯著優勢。隨著我國快速進入老齡化社會，患有關節疾病、運動功能障礙的老年人日益增多，這種具有輔助支撐及康復治療功能的柔性外骨骼產品具有廣闊的發展空間，有望帶來顯著的經濟和社會效益。

液態金屬柔性機器

實現可在不同形態之間可控轉換的柔性機器，以執行復雜任務，是科學界與工程界長久以來的目標，相關研究具有重大應用前景。近年來，隨著液態金屬基礎研究的重大發現和突破，柔性機器的研制出現了前所未有的曙光，促成可變形柔性機器從理想走向了現實。

液態金屬打印設備及應用技術

(a) 液態金屬電子電路打印機；(b) 液態金屬印刷電子技術應用展示；(c) 液態金屬 3D 打印機；(d) 液態金屬 3D 打印功能器件。

液態金屬柔性機器的開創性研究于 2014 年由我國學者發表，被評價為“液體機器預示著柔性機器人的新時代”。該項研究表明，常溫液態金屬具有可在不同形態和運動模式之間轉換的普適變形能力。

例如，浸沒于電解液中的液態金屬可在低電壓作用下實現大尺度變形、自旋、定向運動，并可發生液態金屬之間的融合、分裂及再融合等行為，可作為構筑可變形機器的基本要素。此后，我國學者又先后發展出一系列液態金屬大尺度變形控制技術，為發展柔性機器人奠定了堅實的基礎。

當前，液態金屬柔性機器的產業化推進處于啟動階段，蘊藏著巨大發展機遇。通過液態金屬與其他材料的結合，還可發展固液結合及剛柔相濟的機器人形態。不難預見的是，由液態金屬制造的柔性可控變形單元，將為構建全新概念的先進機器人技術開啟廣闊的空間。

03 液態金屬新材料標準體系

標準是保證產品質量的重要依據，也是提高市場競爭力的關鍵要素。當前，標準已成為各國競爭的焦點之一。由中科院理化所牽頭制定的液態金屬首項國家標準（ 鎵基液態金屬 GB/T 39859-2021）于 2021 年10 月 1 日實施，這也是國際上第一項液態金屬國家標準。為進一步推動液態金屬產業發展，解決技術指標評價體系不完善的問題，全國有色金屬標準化技術委員會已先后組織立項了多項液態金屬國家標準，部分已進入制定或預研階段。

液態金屬標準體系的建設不僅能加快液態金屬前沿技術的推廣應用，引領和規范我國液態金屬產業，促進液態金屬材料相關領域高質量健康發展，還能更好地保障我國在液態金屬行業的主導權和話語權。