液态金属：未来科技的变形金刚背后原理是甚么？丨星岛教室

更新时间：12:30 2025-11-02 HKT
发布时间：12:30 2025-11-02 HKT

你有没有想像过电影《变形金刚》里的机械人，能够随意变形，甚至修复自己？这些曾经只存在于科幻电影里的情节，其实在现实生活中已经有了点滴的实现基础，而这一切都源于一种神奇材料——液态金属。

何谓「液态金属」？

「液态金属」是一类在室温下呈液态的金属合金，最常见的例子是「镓」（Gallium）。不同于我们印象中坚硬的金属块，液态金属不仅能够像水一样流动，还拥有优异的导电性和热传导性。这种材料为科学家和工程师提供了无限的创意空间，并在科学、医疗、机械等领域展现出令人惊叹的潜力。至于其特性，包括以下4方面︰

低熔点︰镓的熔点只有约29.8°C，比人体的体温还低。因此，只须用手轻轻握住，它便会由固态变成液态，在你的手中流动。这特性让它在许多科技应用中具有独特优势。此外，镓的某些合金（如镓—铟—锡合金，称为Galinstan）熔点甚至低至-19°C，可以在更冷的环境中保持液态。
高导电性︰液态金属的导电性能极佳，虽略低于铜，但其流动性和弹性让它能应用于需要柔性电子设备的地方，例如可穿戴装置和柔性显示屏。
可变形与自修复︰液态金属能够随意改变形状，甚至分裂成小滴后再重新聚合。这种「自我修复」的能力让它成为未来机械人技术的重要材料。液态金属的表面张力极高，因此小液滴之间能迅速重新聚合，这也是其应用于「自修复电路」的重要原因。
高热导性︰液态金属的热导性能极佳，让它成为高端电子设备的理想散热材料。例如，许多高性能电脑的CPU和GPU已经开始使用液态金属作为散热膏，能更高效地传导热量，确保设备稳定运行。

液态金属小实验

这个小实验展示了液态金属的低熔点、流动性和自我聚合特性，让我们更直观地了解这种材料的奇妙之处。

材料︰

镓金属（网上购买99.99%纯度的镓）、热水（约40°C）、1个透明玻璃杯、橡胶手套

步骤

低熔点特性：将固态镓放入玻璃杯中，倒入40°C的热水，观察镓由固态变为液态的过程。你会看到镓慢慢融化，形成一团亮银色的液滴。
自我聚合能力：穿戴橡胶手套轻轻搅拌液态金属，试验将分散的小液滴重新聚合到一起，并观察其是否能快速恢复完整形状。
冷却固化：将玻璃杯放进冰水中，观察液态金属重新凝固为固态。

注意事项

避免用裸手直接触摸镓，虽然无毒，但可能对皮肤有轻微刺激。
镓会「侵蚀」铝（Aluminium），导致铝变脆，因此不要用铝制容器进行实验。

砷化镓应用

镓与砷结合形成的化合物——砷化镓（Gallium Arsenide, GaAs），是一种重要的半导体材料，能将电流直接转化为光，成为现代半导体技术的核心。砷化镓的应用涵盖：

发光二极管（LED）：提供高效光源，用于照明和显示屏。
激光器与光纤通讯：支持条码扫描、高速网络及通讯设备。
光伏电池：高效转化太阳能，应用于航天与地面太阳能系统。
高速电子元件：因高电子移动率，故适用于5G通讯、微波电路等。

此外，多晶砷化镓是砷化镓产品的关键原料，广泛用于LED产业、高科技装置（MEMS、集成电路等）及太阳能光伏设备，推动了现代科技的发展。

液态金属发展潜力

1. 柔性电子设备

随着科技发展，未来的手机或可折叠、甚至卷起来放进口袋里，而液态金属便是这些技术的关键材料之一。因为它能在弯曲或拉伸时仍保持导电性，这让电子设备可更轻巧且耐用。液态金属还推动了可穿戴设备（如智能手表及健身追踪器）、医疗植入器件（如电子皮肤和监测装置），以及智能电子织物的发展，展现了液态金属在柔性电子领域的重要角色。

2. 微型医疗机械人

液态金属亦开始用于制造微型医疗机械人，它们能进入人体内部进行检查和治疗。例如，液态金属机械人使用外部磁场进行精准控制的研究已有初步成果，研究团队曾成功利用这款液态金属机械人在一个模拟胃中取出异物，并验证了其作为药物输送系统的可行性。此外，一些实验中的液态金属机械人能在磁场控制下移动，穿越人体内部的复杂环境，并将药物精准送达需要治疗的部位。虽然这技术仍在研究阶段，但前景令人期待。

液态金属与砷化镓的应用展示了材料科学如何改变世界，从柔性电子到太阳能技术，它们正在成为现代科技的重要支柱。或许有一天，这些材料能真正成为我们生活中不可或缺的一部分，而你，亦可能成为探索这些神奇材料的下一代科学家！

微型医疗机械人短片：>>按此<<