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液態金屬材料產業現狀及標準化
- 分類：公司新聞
- 作者：張江峰
- 來源：有色標準專利
- 發布時間：2022-09-02 15:10
【概要描述】液態金屬是一大類合金材料，通常是指熔點低于200℃的低熔點合金，在常溫或工作狀態下為液態，具有液態溫度寬、導熱率高、導電性好等特性，能應用于熱控與能源、印刷電子、生物醫療、柔性機器等領域。常見的液態金屬包括汞、銣、銫、鎵等有色金屬及其合金。其中室溫液態金屬的熔點更低，在室溫下即呈液態。自然界存在的室溫液態純金屬有汞、銫、鈁和鎵，其熔點分別為-38.87℃、28.65℃、27℃和29.8℃。
液態金屬材料產業現狀及標準化
【概要描述】液態金屬是一大類合金材料，通常是指熔點低于200℃的低熔點合金，在常溫或工作狀態下為液態，具有液態溫度寬、導熱率高、導電性好等特性，能應用于熱控與能源、印刷電子、生物醫療、柔性機器等領域。常見的液態金屬包括汞、銣、銫、鎵等有色金屬及其合金。其中室溫液態金屬的熔點更低，在室溫下即呈液態。自然界存在的室溫液態純金屬有汞、銫、鈁和鎵，其熔點分別為-38.87℃、28.65℃、27℃和29.8℃。
- 分類：公司新聞
- 作者：張江峰
- 來源：有色標準專利
- 發布時間：2022-09-02 15:10
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本文章轉載自公眾號：有色標準專利 作者：張江峰
液態金屬是一大類合金材料，通常是指熔點低于200℃的低熔點合金，在常溫或工作狀態下為液態，具有液態溫度寬、導熱率高、導電性好等特性，能應用于熱控與能源、印刷電子、生物醫療、柔性機器等領域。常見的液態金屬包括汞、銣、銫、鎵等有色金屬及其合金。其中室溫液態金屬的熔點更低，在室溫下即呈液態。自然界存在的室溫液態純金屬有汞、銫、鈁和鎵，其熔點分別為-38.87℃、28.65℃、27℃和29.8℃。
1.液態金屬和非晶合金的區別
國內有人把非晶合金稱為液態金屬,緣于非晶態合金與液態一樣具有近程有序而遠程無序的結構特征,還有一種說法是美國鋯基非晶態合金研發最有名Liquid metal Technologies公司，媒體把這家生產商的名稱直譯后，原本的“非晶態合金”在國內的叫法就變成了“液態金屬”。
事實上，非晶合金與液態金屬屬于兩種完全不同的概念，兩者有著本質的差別。
非晶合金實際上指的是材料的一種狀態，而液態金屬是一大類新型的合金材料。非晶合金采用的是急冷凝固制備工藝，指使金屬熔體急冷瞬間凝固的技術。該過程通常由液相到固相的相變過程進行得非常快，金屬或者合金的熔體急劇凝固成微晶、準晶和非晶態的過程。
液態金屬和非晶合金的主要特性及應用領域不同：非晶合金的特點主要取決于其不定型的原子結構，沒有特定的晶格結構，所以導致非晶合金具有獨特的力學特性，如高強度、高硬度，但是塑性變形能力很差。同時由于原子在空間的無序排列，不存在宏觀的磁各向異性，軟磁性能好。但是在電力學性能和化學性能上卻沒有明顯的優勢。非晶合金應用在精密器械行業、消費電子外框等行業、非晶變壓器等，目前較為熟知的就是某些智能手機中框及卡針。液態金屬則因其不定型的液體形態而具有極佳的電性能和熱力學性能，是電學性能和熱力學性能要求較高的行業首選，如電子制造行業、散熱等。
由于液態金屬還具備很多其它特殊性能，如“吞噬效應”、“自驅動”、“變形變色”等，其應用可擴展至生物醫學、智能機器、國防應用等眾多領域。
2.液態金屬產業現狀
液態金屬中銣廣泛應用于天文導航系統、物理學、原子核物理、天文及天體物理學、記錄紫外線和光譜分析等方面。銫主要用于制造光電管、攝譜儀、閃爍計數器、軍用紅外信號燈、銫原子鐘等方面。金屬汞及其化合物被廣泛應用于化學、醫藥、冶金、電器儀器、軍事及其他精密高新科技領域，汞主要被用于制造科學測量儀器(如氣壓計、溫度計等)、電子電器產品，化學藥物、催化劑、汞蒸氣燈、電極、雷汞等。金屬鎵的消費領域包含半導體和光電材料、太陽能電池、低熔點合金、醫療器械、磁性資料等，其中半導體行業已成為鎵最大的消費領域。目前我國金屬銣的產量約數十千克，金屬銫的產量約數十千克，金屬鎵的產量300多噸，汞的產量2000多噸。
液態金屬研究的重要領域是鎵、銦類合金，以鎵、銦為基礎材料，再配以其他的功能材料。國內目前主要以中科院、清華大學劉靜老師的團隊在推進，產業化工作大多還是由科技公司在進行，如北京夢之墨科技有限公司、云南中宣液態金屬有限公司、云南科威液態金屬有限公司等，并形成了一定的產業規模。中國科學技術大學、美國卡內基梅隆大學等多家研究機構也在研究鎵基液態金屬新的應用領域。
2017年液態金屬材料被收錄進工信部、財政部和保監會共同組織編制的《重點新材料首批次應用示范指導目錄(2017年版)》，其中液態金屬被列為重點新材料。2018年10月國家統計局第15次常務會議通過的《戰略性新興產業分類(2018)》目錄中，也將液態金屬制造項目收入其中。國家出臺了多項支持液態金屬產業化的政策，持續進行液態金屬新材料的制備工藝研發及產業化應用示范，加快液態金屬科技成果的產業化。
3.液態金屬材料標準建設情況
全國有色金屬標準化技術委員會緊跟液態金屬行業發展現狀，及時制修訂了數項標準，目前已制定的有關液態金屬的標準見表1。
表1 已發布的液態金屬標準
2017年下半年，全國有色金屬標準化技術委員會與云南科威液態金屬谷研發有限公司、云南中宣液態金屬科技有限公司、中科院理化技術研究所、云南省科學技術院開始建立了聯系，溝通液態金屬產業標準體系建設。2018年上半年，標委會秘書處先后去中科院理化技術研究所、云南科威液態金屬谷研發有限公司、云南中宣液態金屬科技有限公司等液態金屬相關科研、生產單位走訪調研。
通過調研與交流，液態金屬產業尚處于剛起步的階段，很多產品處于中試階段，工業化應用偏少，技術指標評價體系也未完全建立，標準的配套不會一蹴而就，而是與該產業的發展相對應相匹配。所以確認以目前最為成熟的鎵基液態金屬作為首項液態金屬產業相關標準，中國科學院理化技術研究所為主起草單位提交國家標準立項申請，并于2017年全國有色金屬標準化技術委員會年會通過論證，由秘書處申報。在國家標準化管理委員會關于下達2018年第三批國家標準制修訂計劃的通知(國標委發〔2018〕60號)中正式通過立項。2018年12月標委會組織召開任務落實會，組成了由中國科學院理化技術研究所牽頭，云南科威液態金屬谷研發有限公司、云南中宣液態金屬科技有限公司、云南省科學技術院組成的編制組，并于2019年5月和10月召開了兩次工作會議。在液態金屬新材料領域，本標準的編制將對行業起到適當引領的作用。
為了進一步推動產業發展，解決技術指標評價體系不完善的問題，組織相關企業預研后，由云南科威液態金屬谷研發有限公司牽頭提交國家標準立項申請，建立液態金屬物理性能測定方法系列標準，該系列方法初步擬建立3個部分，第1部分：密度的測定;第2部分：電導率的測定;第3部分：粘度的測定。經2018年4月論證會通過后，由秘書處申報，10月參加立項評估會。國家標準化管理委員會關于下達2019年第一批推薦性國家標準計劃的通知(國標委發〔2019〕11號)中《液態金屬物理性能測定方法 第1部分：密度的測定》正式通過立項，已于2019年5月召開了任務落實會組成編制組。關于下達2019年第三批推薦性國家標準計劃的通知(國標委發〔2019〕29號)中《液態金屬物理性能測定方法 第2部分：電導率的測定》也正式通過立項，《液態金屬物理性能測定方法 第3部分：粘度的測定》作為擬立項項目正在公示。在基礎標準建立后，為了推動液態金屬的市場應用，目前正預研液態金屬熱界面材料以滿足各類高性能、高功率密度芯片的散熱需求。
目前液態金屬相關標準在研3項，擬立項正在公示1項，在未來的兩年的工作中，重點完成首批液態金屬材料相關標準的編制，填補液態金屬產業相關標準的空白。同時繼續申報和預研為液態金屬產業配套方法及應用類型標準。具體項目見表2。
表2 目前在研及預研的液態金屬相關標準
4.結語
液態金屬是一大類合金材料，其中以金屬鎵為基體的液態金屬材料無毒無害，使用安全，具有液態溫區寬、導熱率高、導電性強等特性。未來可應用于熱控與能源、印刷電子、生物醫療、柔性機器等領域。全國有色金屬標準化技術委員會將緊跟產業發展，組織國內液態金屬生產企業、使用部門和科研單位制修訂一批標準，建立并完善液態金屬標準體系，滿足液態金屬材料行業的需求。
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