兼具液体流动性与金属特性，镓基液态金属应用前景广阔

事件：深圳大学高等研究院闫昇团队将其以“Gallium-Based Liquid Metals:Optical properties,Applications, and Challenges”为题的综述，发表于Advanced Optical Materials期刊，系统阐述镓基液态金属的光学性质及其基本原理。 兼具液体流动性&金属特性，镓基液态金属脱颖而出 液态金属是指熔点低且在室温附近以液态形式存在的金属或金属合金，相比于其他液态金属，镓基液态金属具有毒性低、可回收利用、易合金化等特点，应用推广相对容易。不定型的液体形态使得镓基液态金属具有独特的理化性能：物理特性方面，镓基液态金属具有低熔点、高导热、高导电、低蒸汽压及高表面张力等特性；化学特性方面，镓基液态金属合金静置在空气中时易被氧化，该氧化膜的形成一方面会使合金丧失原有的导电能力和流动性能，另一方面也会对合金内部起到保护膜的作用。 性能独特，镓基液态金属应用场景日趋多元 镓基液态金属由于具有高导电性、高导热性、良好的流动性、毒性低和对大多数材料表面不具有腐蚀作用等独特性能，应用领域广泛：（1）电学领域：故障限流器、柔性电子产品、电源储能、电驱动器、磁流体发电；（2）热学领域：热界面材料、散热系统；（3）润滑领域：润滑剂；（4）医学领域：药物载体、肿瘤治疗、生物成像及医学器件；（5）光学领域：光学开关、存储器、光学传感器；（6）其他：复合材料（如磁性材料）、大功率能量耗散器件、太阳能电池等。 受政策引导+下游快速发展驱动，镓基液态金属有望加速崛起 国家层面高度重视液态合金研究与应用：2017年1月，液态金属被列入《新材料产业发展指南》；2017年6月，液态金属被列入《重点新材料首批次应用示范指导目录》；2023年8月，液态金属被列入《前沿材料产业化重点发展指导目录（第一批）》。此外，电子信息、智能制造等新兴产业的快速发展，推动液态金属研发与应用逐渐驶入快车道。目前国内液态金属产业主要集中于广东、北京、云南三地，且涌现出一批优质企业，如北京梦之墨科技、东莞宜安科技、云南中宣液态等。随着性能的不断改善，镓基液态金属有望在能源、电子信息、先进制造、国防装备、生物医疗等领域发挥开拓引领作用，建议关注行业及公司相关进展。 风险提示：技术发展不及预期风险；下游需求不及预期风险；产业政策推进不及预期风险。 1.镓基液态金属：“柔”而“强”的功能材料 液态金属是指熔点低且在室温附近以液态形式存在的金属或金属合金。与传统金属材料相比，液态金属兼顾了液体的流动性和金属的导电性，是一种具有独特物理、化学性质的功能材料。微观结构上，传统金属原子呈有序排列、有晶界、微观结构不均匀，而液态金属原子呈无序排列、无晶界，微观结构均匀。 相比于其他液态金属，镓基液态金属具有毒性低、可回收利用、易合金化等特点，应用推广相对容易。常见的液态金属有汞（Hg）、铷（Rb）、铯（Cs）、钫（Fr）、镓（Ga）等，其中，汞的剧毒性和易挥发性限制了其发展，铷、铯、钫因其具有较强的放射性在应用中受到诸多限制，相比于其他几种液态金属，镓具有有毒性低、蒸汽压低、可回收利用等特性，且可以通过与其他金属（如铟、锡、锌）合金化来降低其熔点。最常见的镓基液态金属合金有共晶镓铟合金（EGaIn，75.5wt%镓，24.5wt%铟）和镓铟锡合金（GaInSn，68.5wt%镓，21.5wt%铟，10wt%锡）2类，镓、EGaIn、GaInSn熔点分别为29.76℃、15.5℃和10.7℃，除熔点外具有近似的物理化学性质。此外，通过对镓、铟、锡等元素组成和融合比例的调节，可以对熔点、导热性、导电性等进行“多维控制”。 不定型的液体形态使得镓基液态金属具有独特的理化性能。物理特性方面，镓基液态金属具有低熔点、高导热、高导电、低蒸汽压及高表面张力等特性；化学特性方面，镓基液态金属合金静置在空气中时易被氧化，该氧化膜的形成一方面会使合金丧失原有的导电能力和流动性能，另一方面也会对合金内部起到保护膜的作用。 表1：常见镓基液态金属与普通流体和导体的物理性质比较 2.性能独特，镓基液态金属应用场景日趋多元 镓基液态金属由于具有高导电性、高导热性、良好的流动性、毒性低和对大多数材料表面不具有腐蚀作用等独特性能，应用领域广泛： （1）电学领域：镓基液态金属因其良好的导电性和流动性而广泛应用于电学内诸多领域。 在故障限流器领域因其自收缩效应能迅速降低短路电流幅值；在柔性电子产品领域因其不定型、流动性等特性应用于柔性导线、微流体通道、3D打印等；在电源储能领域因其自恢复、低熔点等特性而应用于提高电池使用寿命，制备室温全液态金属电池等；在电驱动器领域，因其高表面张力、电湿润特性将电能转化驱动力；在磁流体发电领域，依靠其流体和金属特性将动能转化为电能。 （2）热学领域：镓基液态金属因其较高的热导率而在热学领域得到了广泛的应用。利用镓基液态金属制备成的热界面材料，其热导率远高于传统热界面材料，在其中掺杂其他材料可改变其热导率。此外，还可利用镓基液态金属固液相变吸热机理将其应用于高功率密度电力设备和电子产品的散热系统。 （3）润滑领域：镓基液态金属由于其高合金密度、表面张力而应用于摩擦领域。镓基液态金属优异的润滑性能是因为其用作润滑剂时在摩擦界面会生成一层富镓薄膜。且镓基液态金属分解温度高，导电性好，具有较好的冷却特性，可快速消散摩擦过程中产生的热量。 （4）医学领域：由于低熔点，镓基液态金属具有变形性，表面的氧化层具有稳定性，结合其优异的导电性、导热性及生物安全性等优势，液态金属在药物载体、肿瘤治疗、生物成像及医学器件等生物医学领域展现出广阔的前景。 （5）光学领域：镓基液态金属由于其独特的多态性、过冷现象，可以实现宽带可调谐的等离子共振，并呈现出特征性的光学响应，因而在光学开关与存储器、光学传感器等方面具有广泛应用。 （6）其他领域：材料改性、大功率能量耗散器件制造、太阳能电池研制等。 表2：镓基液态金属应用前景广阔 受政策引导、下游领域发展提速等多因素驱动，液态金属有望加速崛起。2017年1月，液态金属被列入国家《新材料产业发展指南》；2017年6月，液态金属被列入《重点新材料首批次应用示范指导目录》；2023年8月，液态金属被列入《前沿材料产业化重点发展指导目录（第一批）》。近年来，电子信息、智能制造等新兴产业的快速发展，推动液态金属研发与应用逐渐驶入快车道。目前，国内液态金属产业主要集中于广东、北京、云南三地，且涌现出一批优质企业，如北京梦之墨科技、东莞宜安科技、云南中宣液态等。 液态金属及其衍生材料的出现，为诸多前沿科技的变革性发展创造了重大机遇。随着性能的不断改善，镓基液态金属有望在能源、电子信息、先进制造、国防装备、生物医疗等领域发挥开拓引领作用，建议关注行业及公司相关进展。 3.风险提示 技术发展不及预期风险；下游需求不及预期风险；产业政策推进不及预期风险。