　　此項研究由劉靜教授主持，參加單位有中國科學院理化技術研究所、清華大學、云南大學以及云南靖創公司、中宣公司、科威公司等。試驗內容涉及：處于空氣或溶液中的液態金屬隨重力減弱過程中的自發響應行為、微重力環境中液態金屬在電場作用下的運動與變形能力、微重力環境下液態金屬觸發的鋁水反應制氫問題等。為實時記錄失重過程中液態金屬與周圍溶液的相互作用及動態變形過程，研究小組在試驗箱體上特別設置了可從x、y、z多個空間角度同步觀察金屬流體行為的微型圖像記錄儀(圖1)，并配置了加速度記錄儀以實時監測下落過程中試驗箱體的動態微重力水平。研究中初步揭開的一些有趣現象如(圖2、圖3)：在一定體積范圍內，液態金屬無論尺度大小，在失重時均會因自身極大的表面張力作用而自發形成球體;在微重力下，處于溶液中的液態金屬會在電場誘發下表現出明顯比之地面重力情形快捷得多的運動和變形響應能力。這些液態金屬因失重而呈現出的現象豐富了人們的認識，也為今后的空間技術應用提供了有益啟示，如流體控制、柔性機器驅動等。部分成果近期已以“同步觀察液態金屬在自由落體微重力環境下的自發變形行為”為題上傳美國物理學預印本網站(He et al.,Synchronous Observation on the Spontaneous Transformation of Liquid Metal under Free Falling Microgravity Situation, https://arxiv.org/abs/1705.06592)。

　　迄今，微重力試驗大多在空間站、人工落塔、火箭以及試驗飛機上進行，成本較為高昂。已有的地面試驗塔因高度有限，微重力維持時間較短，且耗資可觀，使得頻繁開展試驗受到限制。此次宣威液態金屬微重力試驗的一個亮點是，直接選擇在垂直落差達565米近200層樓高的地標性建筑—北盤江大橋進行，從而以極低成本完成了世界首例常溫液態金屬微重力變形效應實驗，也因此開啟了一條極簡快捷的低成本微重力研究模式。整項工作歷經現場考察、試驗落點篩選、低高度試驗模擬、方案優化、常規橋面預試驗、可重復性線牽試驗、一次性破壞型自由落體試驗等環節。同時，為確保大橋試驗安全有序進行，相應工作得到了宣威市政府各級有關部門的全力支持和協調。在宣威試驗開展之前，科研人員已在曲靖市境內的常規落高橋面上開展了系列預試驗，獲得一批重要數據和信息，為后續工作積累了豐富經驗和試驗基礎。首批研究目標之所以聚焦于液態金屬表面張力與變形效應，一方面這是液態金屬最為基礎的物理屬性，同時也考慮到預期成果對于今后發展空間柔性智能機器技術會較有借鑒意義。長久以來，實現可在不同形態之間自由轉換的變形柔性機器人，以執行常規技術難以完成的更為特殊高級的任務，是全球科學界與工程界的夢想，相應研究極具重要理論意義與應用前景。從理論上講，密度較大的液態金屬在消除自身重力影響后，更易發展成可控變形機器乃至高度靈活的柔性機器人。此次試驗為此指出了可喜前景，其同時也表明，室溫液態金屬變形研究的范疇已從地面向空間拓展。

　　實際上，液態金屬的空間應用遠不止柔性機器方面。作為一大類新興功能物質和材料，液態金屬如鎵基合金等正以其諸多獨特優勢引發全球學術界和工業界廣泛關注。此類金屬可在從7°C ~2300°C范圍均保持液態，且安全穩定，無毒性，因而正被快速推進到芯片冷卻、能量捕獲、可重構柔性機器人、生物醫療、印刷電子及3D打印等高新科技領域。液態金屬頗為獨特的屬性之一是，表面張力高達700 mN/m，是水近十倍，這使其顯著區別于諸多流體物質。毫無疑問，在液態金屬諸多可能發揮作用的領域中，太空應用是十分令人期待的，發展空間巨大。這是因為，在此類環境下，物體自身重力的影響大大減弱，起主要作用的是表面張力。而且，在高真空環境下，液態金屬原本在空氣中極易氧化的問題得以消除，此時其自身極高的表面張力效應無疑會促成一系列超常規應用。

　　以往，由于受實驗條件限制，也因室溫液態金屬作為新興的科技前沿，相應探索與應用時間較短，就其微重力效應開展試驗始終未能啟動。機緣巧合的是，作為中國液態金屬谷所在地的云南宣威，一系列液態金屬產業研發工作近年來開展得如火如荼，在國內外持續引發重大廣泛的反響，2016年有關成果更是入選云南省十大科技進展。無獨有偶的是，世界第一高橋北盤江大橋在云南宣威境內的建設和落成不時引起劉靜教授的關注，這對于長期思索液態金屬空間試驗而未果的他最終產生觸動，這才有了直接利用這一天然地理條件開展微重力試驗的計劃。這種低成本試驗模式，將推動今后液態金屬微重力試驗研究工作的開展。

　　總的說來，北盤江大橋提供了迄今最長的自由落體距離，使得可以在相對較長的時間范圍內觀察和記錄液態金屬微重力效應和變形規律，從而為液態金屬這一革命性材料潛在的空間應用創造條件，有關應用范疇涉及衛星、飛行器、空間站等及相應載荷的熱控和能源系統，空間柔性機器，超常規流控系統，生物醫學應用等(圖4)。通過此次研究，也為進一步在云南當地構建更為完善精良的微重力試驗環境積累了寶貴經驗。

　　有意思的是，在科學史上的一個典故中，意大利科學家伽利略曾在其家鄉比薩斜塔上完成了兩個鐵球的自由落體試驗，澄清了長久以來的科學困惑。此次液態金屬自由落體試驗則從另一科學層面初步揭示了液態金屬物質的部分空間屬性，在研究方式上二者有異曲同工之效。這一系列實踐探索對于提升云南宣威當地科技人文水平、促進液態金屬谷產業發展乃至弘揚科學精神等，均具有十分深遠的意義。