作者:内布拉斯加大学林肯分校的斯科特·施拉格
嵌入硅树脂材料中的液态金属液滴(左)和封装在液态金属液滴中的中空玻璃微球(右)的渲染图
学分:斯科特·施拉格|大学传播 对一些人来说，仅仅提到液态金属就可能让人联想到T-1000:变形的、几乎不可战胜的恶棍，在《终结者2》中为人类未来的救世主升温
" 但是对于内布拉斯加大学林肯分校的埃里克·马克维卡和他的同事们来说，在可穿戴技术、软机器人和其他微电子封装的应用中，水滴正在成为散热和防止过热的主角
机械和材料工程助理教授马克维卡说:“随着计算能力的提高，散热成为一个越来越重要的因素。”
没用吗？事实上，许多可穿戴设备和其他智能技术都采用了可延展的弹性材料，这种材料可以减轻重量、提高舒适度，但也能吸热
为了解决这个问题，马克维卡和其他工程师已经尝试在绝缘材料中加入液态金属液滴，这些金属液滴可以自然导热，从而将热量从产生热量的微电子设备中带走
在某种程度上，这种方法奏效了
然而就在那时，一个清醒的认识到来了:虽然液态金属液滴确实提高了导热率，但它们的密度——以及真正提高导热率所需的数量——也会增加不切实际的重量
导热率和密度之间的拉锯战让工程师们处于停滞状态
但在一项新的研究中，马克维卡的团队已经表明，在硅树脂材料中嵌入镓基液滴——最关键的是，在这些液滴中嵌入微小的中空玻璃球——可以在不牺牲材料轻质柔韧性的情况下，最大限度地保持散热效果
助理教授埃里克·马克维卡(左)和博士生伊森·弗林斯在内布拉斯加大厅
学分:克雷格·钱德勒|大学传播 马克维卡说:“它仍然柔软有弹性，但导热率接近一些刚性金属，如钛或不锈钢，密度大约是这些金属的一半。”
“这种属性的结合使材料独特而有趣
" 在对玻璃微球进行实验时，研究人员测试了不同版本的硅树脂，其液态金属液滴容纳了不同体积的中空玻璃，从0%到50%不等
体积增加50%导致材料的整体密度降低35%，导热率仅降低14%，后者已经从比缺少液态金属的硅树脂更高的基线开始
这一成就本身足以让工程师们庆祝
然而，马克维卡、博士生导师伊森·克林斯和他们的同事们并没有完成这项工作
在先前建模工作的帮助下，内布拉斯加团队随后开发了马克维卡所描述的“等高线图”，以指导未来依赖于该团队的俄罗斯嵌套娃娃方法的软性材料的剪裁
在绘制地图的过程中，该团队将实验揭示的内容正式化:精心的工程设计可以解开聚合物通常交织在一起的特性，从而对材料的性能给予无与伦比的控制
地图的一个轴表示材料中液态金属液滴的体积；另一个轴量化液滴中玻璃微球的体积
地图显示，仅仅改变玻璃微球的体积，就可以改变材料的密度，同时保持导热率几乎完全不变
同时，改变玻璃和液态金属的比例可以在不影响密度的情况下改变热导率
“因此，我们已经能够证明，我们现在可以独立控制这些复合材料的热导率和密度，这是以前从未展示过的，”马克维卡说，他的团队在《小》杂志上详细介绍了其概念证明
指示液态金属和玻璃的比例体积的线，在软复合材料中保持恒定的热导率(黑色)和恒定的密度(白色)
信用:小/约翰·威利父子公司 研究人员通过制造几个内布拉斯加大学的硅树脂版本进一步证明了这种控制
每个版本都有不同的密度，证据是密度最大的沉入充满液体的圆柱体底部，密度最小的浮在顶部，密度中等的浮在两者之间
尽管它们的密度不同，但当电流通过植入其中的加热元件传导时，氮的散热速率大致相同
马克维卡看到了一种柔软但导热的材料能让新兴技术受益的无数方式
他说，首先，这可能有助于缓解微电子计算能力被挤压到可穿戴技术中的限制，为更快、功能更强的设备铺平道路
包括计算机和游戏机在内的更大规模数字技术的工程师们，在制作所谓的接口材料时，可能也会发现它很有用，这些材料可以将大量热量从处理器传递到液体冷却剂
例如，PlayStation 5控制台已经为此使用了液态金属
马克维卡说，除此之外，调温服装还有明显的应用，它可以监测穿着者的皮肤温度，然后相应地供热或散热
他说:“许多大型工具公司都有这种加热夹克和装备，以帮助工人在寒冷的环境中保持温暖。”
“这种材料可以起到被动散热器的作用，在不限制穿着者运动的情况下，实现整个夹克更均匀的加热，消除热点
“人体与之相互作用的任何东西，都可能有这种材料的应用
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