基础科学研究所 将液态镓倒入容器中
镓泥被塑成球
镓泥制成的各种图形
用刀片切割镓泥
镓泥的形成机理包括填料颗粒被氧化镓层包裹并结合到镓中
学分:基础科学研究所 镓是一种非常有用的元素，伴随着整个20世纪人类文明的进步
镓被认为是一种技术关键的元素，因为它对半导体和晶体管的制造至关重要
值得注意的是，氮化镓和相关化合物使得蓝色发光二极管的发现成为可能，这是开发高能效、长寿命白色发光二极管照明系统的最终关键
这一发现导致了2014年诺贝尔物理学奖的颁发
据估计，高达98%的镓需求来自半导体和电子工业
除了在电子学中的应用之外，镓独特的物理性质也导致了它在其他领域的应用
镓本身是一种熔点非常低的金属，在略高于室温(30℃)时是一种液体
此外，镓能够与许多其他金属形成几种共晶体系(熔点低于其任何成分的合金，包括镓)
纯镓和这些镓基液态金属合金都具有高表面张力，在大多数表面上被认为是“不可扩散的”
这使得它们难以处理、成型或加工，这限制了它们在现实世界中的应用潜力
然而，最近的一项发现可能开启了镓在功能材料领域更广泛应用的可能性
韩国蔚山基础科学研究所(IBS)多维碳材料中心(CMCM)和蔚山国家科学技术研究所(UNIST)的一个研究小组发明了一种在液态镓中掺入填料颗粒以制造液态金属功能复合材料的新方法
填料的加入将材料从液态转变成糊状或油灰状(与商品“橡皮泥”的稠度和“手感”相似)，这取决于添加颗粒的量
在氧化石墨烯(G-O)用作填充材料的情况下，G-O含量为1
6~1
8%形成糊状形式，而3
6%对于油灰形成是最佳的
最近发表在《科学进展》杂志上的一篇文章描述了多种新型镓复合材料及其形成机理
下面的片段展示了镓和石墨之间油灰状复合物的形成
向混合物中加入更多的石墨会增加复合材料的粘度
液态和糊状金属之间的质的区别也显示在视频的最后
学分:基础科学研究所 镓基液态金属内部颗粒的混合改变了材料的物理性质，使得处理更加容易
第一作者王春晖指出:“液态镓合成物形成糊状物或油灰的能力是非常有益的
它解决了应用中镓处理的大部分问题
它不再污染表面，它可以被涂或“涂”到几乎任何表面，它可以被塑造成各种形状
这为镓开辟了前所未有的广泛应用
“这一发现的潜在应用包括需要柔软灵活的电子设备的情况，如可穿戴设备和医疗植入物
这项研究甚至表明，这种复合材料可以制成一种多孔的泡沫状材料，具有极高的耐热性，能够承受一分钟的喷灯而不会造成任何损害
在这项研究中，研究小组能够确定使填充物与液态镓成功混合的因素
合著者本杰明·狡猾描述了先决条件:“液态镓在暴露于空气中时会形成一层氧化物‘皮’，这对于混合至关重要
这种外皮包裹着填料颗粒，并使其稳定在镓中，但这种外皮具有弹性
我们了解到，必须使用足够大尺寸的颗粒，否则不会发生混合，也不会形成复合材料
" 研究人员在他们的研究中使用了四种材料作为填充物:氧化石墨烯、碳化硅、金刚石和石墨
其中，当掺入液态镓时，其中两种特别显示出优异的性能:用于电磁干扰屏蔽的还原氧化石墨烯和用于热界面材料的金刚石颗粒
在还原的氧化石墨烯薄膜上涂覆13微米厚的镓/锗-氧复合物涂层能够将薄膜的屏蔽效率从20分贝提高到75分贝，这对于商业(> 30分贝)和军事(> 60分贝)应用都是足够的
然而，该复合材料最显著的特性是它能够为任何日常普通材料提供电磁干扰屏蔽特性
研究人员证明，在一张简单的纸上涂上类似的20微米厚的镓/镓-氧涂层，屏蔽效率超过70分贝
对博士的采访
本杰明·狡猾(该论文的合著者)描述了镓复合材料的研究、性质及其潜在的应用
学分:基础科学研究所 也许最令人兴奋的是当金刚石颗粒加入到材料中时的热性能
芝加哥商品交易所团队与美国国立卫生研究院的研究人员合作测量了热导率
沙立克·乔希和教授
金京浩和现实世界的应用实验是由李承晚教授和
李在森
导热系数实验表明，含金刚石复合材料的体积导热系数高达110 W·m-1k-1，较大的填料颗粒具有较高的导热系数
这比市售导热膏(79w·m-1k-1)的导热率高出50%以上
应用实验进一步证明了镓-金刚石混合物作为热源和热沉之间的热界面材料的有效性
有趣的是，尽管导热率较低，但具有较小尺寸金刚石颗粒的复合材料显示出优越的真实冷却能力
造成这种差异的原因是由于较大的金刚石颗粒更容易穿过块状镓突出，并在散热器或热源和金属间化合物的界面处产生空气间隙，降低了其有效性
(鲁夫指出，未来有一些可能的方法来解决这个问题
) 最后，该小组甚至创造并测试了一种由镓金属和商用硅酮腻子制成的复合材料——更广为人知的是“傻腻子”(Crayola LLC)
最后一种含镓复合材料是由一种完全不同的机制形成的，这种机制包括镓的小液滴分散在整个橡皮泥中
虽然它不具有上述镓/镓-氧令人印象深刻的电磁干扰屏蔽能力(该材料需要2毫米的涂层来实现相同的70分贝屏蔽效率)，但它具有优异的机械性能
由于这种复合材料使用硅聚合物而不是镓金属作为基材，它除了具有延展性之外，还具有可拉伸性
教授
芝加哥商品交易所的董事罗德·鲁夫想到了将这种碳填料与液态金属混合的想法
他说，“我们第一次提交这项工作是在2019年9月，从那以后它经历了几次迭代
我们已经发现，各种各样的颗粒都可以掺入液态镓中，并对颗粒尺寸在成功混合中的作用有了基本的了解
我们发现这种行为扩展到室温以下为液态的镓合金，如铟镓、锡镓和铟锡镓
我们的UNIST合作者的能力已经证明了这些复合材料的杰出应用，我们希望我们的工作能够激励其他人发现具有令人兴奋的应用的新功能填料
"
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