液態金屬：未來科技的變形金剛背後原理是甚麼？丨星島教室

更新時間：12:30 2025-11-02 HKT
發佈時間：12:30 2025-11-02 HKT

你有沒有想像過電影《變形金剛》裏的機械人，能夠隨意變形，甚至修復自己？這些曾經只存在於科幻電影裏的情節，其實在現實生活中已經有了點滴的實現基礎，而這一切都源於一種神奇材料——液態金屬。

何謂「液態金屬」？

「液態金屬」是一類在室溫下呈液態的金屬合金，最常見的例子是「鎵」（Gallium）。不同於我們印象中堅硬的金屬塊，液態金屬不僅能夠像水一樣流動，還擁有優異的導電性和熱傳導性。這種材料為科學家和工程師提供了無限的創意空間，並在科學、醫療、機械等領域展現出令人驚歎的潛力。至於其特性，包括以下4方面︰

低熔點︰鎵的熔點只有約29.8°C，比人體的體溫還低。因此，只須用手輕輕握住，它便會由固態變成液態，在你的手中流動。這特性讓它在許多科技應用中具有獨特優勢。此外，鎵的某些合金（如鎵—銦—錫合金，稱為Galinstan）熔點甚至低至-19°C，可以在更冷的環境中保持液態。
高導電性︰液態金屬的導電性能極佳，雖略低於銅，但其流動性和彈性讓它能應用於需要柔性電子設備的地方，例如可穿戴裝置和柔性顯示屏。
可變形與自修復︰液態金屬能夠隨意改變形狀，甚至分裂成小滴後再重新聚合。這種「自我修復」的能力讓它成為未來機械人技術的重要材料。液態金屬的表面張力極高，因此小液滴之間能迅速重新聚合，這也是其應用於「自修復電路」的重要原因。
高熱導性︰液態金屬的熱導性能極佳，讓它成為高端電子設備的理想散熱材料。例如，許多高性能電腦的CPU和GPU已經開始使用液態金屬作為散熱膏，能更高效地傳導熱量，確保設備穩定運行。

液態金屬小實驗

這個小實驗展示了液態金屬的低熔點、流動性和自我聚合特性，讓我們更直觀地了解這種材料的奇妙之處。

材料︰

鎵金屬（網上購買99.99%純度的鎵）、熱水（約40°C）、1個透明玻璃杯、橡膠手套

步驟

低熔點特性：將固態鎵放入玻璃杯中，倒入40°C的熱水，觀察鎵由固態變為液態的過程。你會看到鎵慢慢融化，形成一團亮銀色的液滴。
自我聚合能力：穿戴橡膠手套輕輕攪拌液態金屬，試驗將分散的小液滴重新聚合到一起，並觀察其是否能快速恢復完整形狀。
冷卻固化：將玻璃杯放進冰水中，觀察液態金屬重新凝固為固態。

注意事項

避免用裸手直接觸摸鎵，雖然無毒，但可能對皮膚有輕微刺激。
鎵會「侵蝕」鋁（Aluminium），導致鋁變脆，因此不要用鋁製容器進行實驗。

砷化鎵應用

鎵與砷結合形成的化合物——砷化鎵（Gallium Arsenide, GaAs），是一種重要的半導體材料，能將電流直接轉化為光，成為現代半導體技術的核心。砷化鎵的應用涵蓋：

發光二極管（LED）：提供高效光源，用於照明和顯示屏。
激光器與光纖通訊：支持條碼掃描、高速網絡及通訊設備。
光伏電池：高效轉化太陽能，應用於航天與地面太陽能系統。
高速電子元件：因高電子移動率，故適用於5G通訊、微波電路等。

此外，多晶砷化鎵是砷化鎵產品的關鍵原料，廣泛用於LED產業、高科技裝置（MEMS、集成電路等）及太陽能光伏設備，推動了現代科技的發展。

液態金屬發展潛力

1. 柔性電子設備

隨着科技發展，未來的手機或可摺疊、甚至捲起來放進口袋裏，而液態金屬便是這些技術的關鍵材料之一。因為它能在彎曲或拉伸時仍保持導電性，這讓電子設備可更輕巧且耐用。液態金屬還推動了可穿戴設備（如智能手錶及健身追蹤器）、醫療植入器件（如電子皮膚和監測裝置），以及智能電子織物的發展，展現了液態金屬在柔性電子領域的重要角色。

2. 微型醫療機械人

液態金屬亦開始用於製造微型醫療機械人，它們能進入人體內部進行檢查和治療。例如，液態金屬機械人使用外部磁場進行精準控制的研究已有初步成果，研究團隊曾成功利用這款液態金屬機械人在一個模擬胃中取出異物，並驗證了其作為藥物輸送系統的可行性。此外，一些實驗中的液態金屬機械人能在磁場控制下移動，穿越人體內部的複雜環境，並將藥物精準送達需要治療的部位。雖然這技術仍在研究階段，但前景令人期待。

液態金屬與砷化鎵的應用展示了材料科學如何改變世界，從柔性電子到太陽能技術，它們正在成為現代科技的重要支柱。或許有一天，這些材料能真正成為我們生活中不可或缺的一部分，而你，亦可能成為探索這些神奇材料的下一代科學家！

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