中文版ENGLISH

全国服务热线:0874-7833033

新闻动态NEWS

当前位置: 首页 - 新闻动态 - 公司动态

新闻动态NEWS

液态金属材料产业现状及标准化

发布日期:2020年04月30日  |  来源:科威液态金属

本文章转载自公众号:有色标准专利  作者:张江峰


全国有色金属标准化技术委员会稀有金属分技术委员会秘书长

张江峰

态金属是一大类合金材料,通常是指熔点低于200℃的低熔点合金,在常温或工作状态下为液态,具有液态温度宽、导热率高、导电性好等特性,能应用于热控与能源、印刷电子、生物医疗、柔性机器等领域。常见的液态金属包括汞、铷、铯、镓等有色金属及其合金。其中室温液态金属的熔点更低,在室温下即呈液态。自然界存在的室温液态纯金属有汞、铯、钫和镓,其熔点分别为-38.87℃、28.65℃、27℃和29.8℃。

1.液态金属和非晶合金的区别

国内有人把非晶合金称为液态金属,缘于非晶态合金与液态一样具有近程有序而远程无序的结构特征,还有一种说法是美国锆基非晶态合金研发最有名Liquid metal Technologies公司,媒体把这家生产商的名称直译后,原本的“非晶态合金”在国内的叫法就变成了“液态金属”。

事实上,非晶合金与液态金属属于两种完全不同的概念,两者有着本质的差别。

非晶合金实际上指的是材料的一种状态,而液态金属是一大类新型的合金材料。非晶合金采用的是急冷凝固制备工艺,指使金属熔体急冷瞬间凝固的技术。该过程通常由液相到固相的相变过程进行得非常快,金属或者合金的熔体急剧凝固成微晶、准晶和非晶态的过程。

液态金属和非晶合金的主要特性及应用领域不同:非晶合金的特点主要取决于其不定型的原子结构,没有特定的晶格结构,所以导致非晶合金具有独特的力学特性,如高强度、高硬度,但是塑性变形能力很差。同时由于原子在空间的无序排列,不存在宏观的磁各向异性,软磁性能好。但是在电力学性能和化学性能上却没有明显的优势。非晶合金应用在精密器械行业、消费电子外框等行业、非晶变压器等,目前较为熟知的就是某些智能手机中框及卡针。液态金属则因其不定型的液体形态而具有极佳的电性能和热力学性能,是电学性能和热力学性能要求较高的行业首选,如电子制造行业、散热等。

由于液态金属还具备很多其它特殊性能,如“吞噬效应”、“自驱动”、“变形变色”等,其应用可扩展至生物医学、智能机器、国防应用等众多领域。

2.液态金属产业现状

液态金属中铷广泛应用于天文导航系统、物理学、原子核物理、天文及天体物理学、记录紫外线和光谱分析等方面。铯主要用于制造光电管、摄谱仪、闪烁计数器、军用红外信号灯、铯原子钟等方面。金属汞及其化合物被广泛应用于化学、医药、冶金、电器仪器、军事及其他精密高新科技领域,汞主要被用于制造科学测量仪器(如气压计、温度计等)、电子电器产品,化学药物、催化剂、汞蒸气灯、电极、雷汞等。金属镓的消费领域包含半导体和光电材料、太阳能电池、低熔点合金、医疗器械、磁性资料等,其中半导体行业已成为镓最大的消费领域。目前我国金属铷的产量约数十千克,金属铯的产量约数十千克,金属镓的产量300多吨,汞的产量2000多吨。

液态金属研究的重要领域是镓、铟类合金,以镓、铟为基础材料,再配以其他的功能材料。国内目前主要以中科院、清华大学刘静老师的团队在推进,产业化工作大多还是由科技公司在进行,如北京梦之墨科技有限公司、云南中宣液态金属有限公司、云南科威液态金属有限公司等,并形成了一定的产业规模。中国科学技术大学、美国卡内基梅隆大学等多家研究机构也在研究镓基液态金属新的应用领域。

2017年液态金属材料被收录进工信部、财政部和保监会共同组织编制的《重点新材料首批次应用示范指导目录(2017年版)》,其中液态金属被列为重点新材料。2018年10月国家统计局第15次常务会议通过的《战略性新兴产业分类(2018)》目录中,也将液态金属制造项目收入其中。国家出台了多项支持液态金属产业化的政策,持续进行液态金属新材料的制备工艺研发及产业化应用示范,加快液态金属科技成果的产业化

3.液态金属材料标准建设情况

全国有色金属标准化技术委员会紧跟液态金属行业发展现状,及时制修订了数项标准,目前已制定的有关液态金属的标准见表1。

表1  已发布的液态金属标准


2017年下半年,全国有色金属标准化技术委员会与云南科威液态金属谷研发有限公司、云南中宣液态金属科技有限公司、中科院理化技术研究所、云南省科学技术院开始建立了联系,沟通液态金属产业标准体系建设。2018年上半年,标委会秘书处先后去中科院理化技术研究所、云南科威液态金属谷研发有限公司、云南中宣液态金属科技有限公司等液态金属相关科研、生产单位走访调研。

通过调研与交流,液态金属产业尚处于刚起步的阶段,很多产品处于中试阶段,工业化应用偏少,技术指标评价体系也未完全建立,标准的配套不会一蹴而就,而是与该产业的发展相对应相匹配。所以确认以目前最为成熟的镓基液态金属作为首项液态金属产业相关标准,中国科学院理化技术研究所为主起草单位提交国家标准立项申请,并于2017年全国有色金属标准化技术委员会年会通过论证,由秘书处申报。在国家标准化管理委员会关于下达2018年第三批国家标准制修订计划的通知(国标委发〔2018〕60号)中正式通过立项。2018年12月标委会组织召开任务落实会,组成了由中国科学院理化技术研究所牵头,云南科威液态金属谷研发有限公司、云南中宣液态金属科技有限公司、云南省科学技术院组成的编制组,并于2019年5月和10月召开了两次工作会议。在液态金属新材料领域,本标准的编制将对行业起到适当引领的作用。

为了进一步推动产业发展,解决技术指标评价体系不完善的问题,组织相关企业预研后,由云南科威液态金属谷研发有限公司牵头提交国家标准立项申请,建立液态金属物理性能测定方法系列标准,该系列方法初步拟建立3个部分,第1部分:密度的测定;第2部分:电导率的测定;第3部分:粘度的测定。经2018年4月论证会通过后,由秘书处申报,10月参加立项评估会。国家标准化管理委员会关于下达2019年第一批推荐性国家标准计划的通知(国标委发〔2019〕11号)中《液态金属物理性能测定方法  第1部分:密度的测定》正式通过立项,已于2019年5月召开了任务落实会组成编制组。关于下达2019年第三批推荐性国家标准计划的通知(国标委发〔2019〕29号)中《液态金属物理性能测定方法  第2部分:电导率的测定》也正式通过立项,《液态金属物理性能测定方法  第3部分:粘度的测定》作为拟立项项目正在公示。在基础标准建立后,为了推动液态金属的市场应用,目前正预研液态金属热界面材料以满足各类高性能、高功率密度芯片的散热需求。

目前液态金属相关标准在研3项,拟立项正在公示1项,在未来的两年的工作中,重点完成首批液态金属材料相关标准的编制,填补液态金属产业相关标准的空白。同时继续申报和预研为液态金属产业配套方法及应用类型标准。具体项目见表2。


表2 目前在研及预研的液态金属相关标准

4.结语

液态金属是一大类合金材料,其中以金属镓为基体的液态金属材料无毒无害,使用安全,具有液态温区宽、导热率高、导电性强等特性。未来可应用于热控与能源、印刷电子、生物医疗、柔性机器等领域。全国有色金属标准化技术委员会将紧跟产业发展,组织国内液态金属生产企业、使用部门和科研单位制修订一批标准,建立并完善液态金属标准体系,满足液态金属材料行业的需求。