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液態(tài)金屬通常是指在室溫或更高一些溫度下呈液態(tài)的單質(zhì)、合金或其衍生金屬材料。近年來的大量科學發(fā)現(xiàn)掀開了液態(tài)金屬物質(zhì)科學的神秘面紗，其一系列令人匪夷所思的新奇特性，促成了眾多前沿學科的形成和發(fā)展，有關(guān)成果被認為是人類利用金屬的第二次革命。為推動這一領(lǐng)域的發(fā)展，本書總結(jié)了液態(tài)金屬近年來的一些典型發(fā)現(xiàn)和基礎(chǔ)效應(yīng)，并剖析了若干可供探索的途徑和新方向。全書注重闡述液態(tài)金屬較為基礎(chǔ)的物質(zhì)屬性、科學現(xiàn)象、奇異效應(yīng)及相關(guān)應(yīng)用，可供物理、化學、生物、醫(yī)學、電子、機械、器件、材料乃至設(shè)計等方面的研究人員、工程師以及大專院校有關(guān)專業(yè)師生、研究生以及廣大讀者閱讀參考。

液態(tài)金屬是種類眾多的單質(zhì)、合金或其衍生金屬材料，在常溫下呈液態(tài)，具有沸點高、導電性強、熱導率高等特點，制造過程無需高溫冶煉，環(huán)保無毒。以往，由于此類材料的科學與應(yīng)用價值未被充分認識到，致使相應(yīng)研究在國際上長期處于沉寂。近年來的大量突破性發(fā)現(xiàn)深刻表明，作為珍寶般的新興物質(zhì)科學，液態(tài)金屬蘊藏著諸多令人匪夷所思的新奇特性，打開了無比廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域。也正因如此，液態(tài)金屬有關(guān)成果被認為是人類利用金屬的第二次革命。

在當前國際上業(yè)已變得相當熱門的液態(tài)金屬諸多科學研究與技術(shù)探索上，中國可以說幸運地成為了先行者和開拓者。早在2000年伊始，筆者以中國科學院百人計劃學者的身份在中國科學院理化技術(shù)研究所工作期間，在寫作一本有著濃厚芯片散熱背景的學術(shù)著作《微米/納米尺度傳熱學》時，腦海中就不時閃現(xiàn)出采用液態(tài)金屬冷卻高熱流密度芯片的設(shè)想，這實際上促成了以后的一系列基礎(chǔ)和應(yīng)用探索的展開。經(jīng)過十多年持續(xù)不斷的工作，筆者在中國科學院理化技術(shù)研究所帶領(lǐng)的研究小組，包括后來在清華大學創(chuàng)建的實驗室，有幸于世界上率先發(fā)現(xiàn)了液態(tài)金屬一系列全新的科學現(xiàn)象、基礎(chǔ)效應(yīng)和變革性應(yīng)用途徑，開辟了多個當前業(yè)已變得相當重要的領(lǐng)域，在此基礎(chǔ)上筆者團隊提出了創(chuàng)建液態(tài)金屬谷以及發(fā)展全新工業(yè)的構(gòu)想，并將其付諸實踐。然而，作為在液態(tài)金屬黑夜中摸索過來的科技工作者，筆者和團隊的一個深切體會是，液態(tài)金屬物質(zhì)科學在漫長的發(fā)展過程中可以說基本上無人問津，更不用說有喝彩了，原因主要還在于世人長期以來對其知之甚少。不過，令人欣慰的是，這種狀況正隨著研究的逐步拓展得以大大改觀。近年來，我們欣喜地看到，世界范圍內(nèi)眾多團隊紛紛介入液態(tài)金屬的研究和應(yīng)用，成果迭出。毋庸置疑的是，液態(tài)金屬已從最初的冷門發(fā)展成全球熱點，正迅速崛起為引領(lǐng)物質(zhì)科學發(fā)展的革命性領(lǐng)域之一，亟待人們?nèi)ヌ骄俊?/p>

讀者要問，液態(tài)金屬為何能引發(fā)如此廣泛熱烈的興趣呢？實際上，僅從材料的屬性而言就不難看出，液態(tài)金屬可以說以一種物質(zhì)形式將諸多尖端功能材料的優(yōu)勢集于一體，其性能易于按照人們的需要而靈活展現(xiàn)。像這樣可以在常溫下于液相、固相之間隨意切換，具有高導電性、導熱性甚至半導體特性的材料，在傳統(tǒng)的材料體系中是十分罕見的。而且，滿足這些特性的潛在液態(tài)金屬或其衍生材料的種類成千上萬，并處于快速增長中。因此，液態(tài)金屬已滲透到幾乎所有的自然科學和工程技術(shù)領(lǐng)域甚至文化創(chuàng)意行業(yè)，影響范圍甚廣，正為能源、電子信息、先進制造、國防軍事、柔性智能機器人，以及生物醫(yī)療健康等領(lǐng)域的發(fā)展帶來顛覆性變革，已催生出一系列戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，將有助于推動國家尖端科技水平的提高、全新工業(yè)體系的形成和發(fā)展，乃至人類物質(zhì)文明的進步。一類材料，一個時代，液態(tài)金屬時代實際上已朝著人類走來。

當前，世界科技正處于革命性變革之中，以物質(zhì)、能量、生物和信息為特征的液態(tài)金屬前沿學科，堪稱催生突破性發(fā)現(xiàn)和引領(lǐng)技術(shù)變革的科技航母。作為一大類物理化學行為十分獨特的新興功能物質(zhì)，液態(tài)金屬正為大量科學與技術(shù)探索帶來前所未有的觀念性啟示，可望為有關(guān)科技領(lǐng)域的變革性發(fā)展乃至開辟全新工業(yè)創(chuàng)造巨大機遇，社會價值和科學意義十分深遠。

顯然，在液態(tài)金屬幾乎所有的研究和應(yīng)用中，對其基本屬性的認識無疑是最為根本的環(huán)節(jié)。然而，遺憾的是，學術(shù)界迄今在此領(lǐng)域的論述存在大量空白，制約了進一步研究與應(yīng)用的深入。本書正是在這樣的背景下總結(jié)匯編而成。當然，由于液態(tài)金屬涉及領(lǐng)域眾多，要在一本書中全面系統(tǒng)介紹其內(nèi)容是不可能的，因此許多基礎(chǔ)現(xiàn)象和效應(yīng)的內(nèi)在機理在此并不過多觸及，留待專題著作集中闡述。

本書是筆者帶領(lǐng)的中國科學院理化技術(shù)研究所、清華大學聯(lián)合團隊的集體貢獻，部分發(fā)現(xiàn)來自云南中國液態(tài)金屬谷科研機構(gòu)的工作。實驗室?guī)熒鷤兌荚浀�，在液態(tài)金屬研究遠未像今天如此熱門的早些年，筆者曾多次在內(nèi)部會議上強調(diào)，對尚處于早期階段的液態(tài)金屬科學，實驗室應(yīng)努力爭取于未來發(fā)現(xiàn)至少5個重要的基礎(chǔ)現(xiàn)象和科學效應(yīng)。幸運的是，這一愿望很快得以實現(xiàn)，有關(guān)發(fā)現(xiàn)在國際上引發(fā)一系列重大反響。也因如此，筆者自己變得有些得寸進尺，繼而提出實驗室新的努力愿景，直接將最初定下的目標擴展成發(fā)現(xiàn)50個以上基礎(chǔ)現(xiàn)象和效應(yīng)。筆者內(nèi)心深處的愿望是，希望團隊能夠不斷開拓創(chuàng)新，去發(fā)現(xiàn)各種可能的秘密。原因很簡單，探索液態(tài)金屬實在是件美妙之事，而這一領(lǐng)域確實盛開著無數(shù)絢麗的科學之花。對于如此豐富多彩的液態(tài)金屬物質(zhì)世界，有著無盡的科學前沿，值得人類永無止境地去追求。

鑒于液態(tài)金屬物質(zhì)科學研究顯而易見的意義，筆者深感有必要將這一領(lǐng)域的基本效應(yīng)、現(xiàn)象和基礎(chǔ)知識及時傳達給世人，以期有效引導和集合各方力量，來共同促成科學進步，從而更好地服務(wù)于社會，這也是出版本書的初衷。本書不求窮盡液態(tài)金屬全貌，主要匯集了其中的一些典型現(xiàn)象與效應(yīng)，以及部分由此引發(fā)的重要應(yīng)用問題。限于時間和精力，本書主要以筆者實驗室近十六七年來的研究成果為代表對液態(tài)金屬予以解讀，也包括國內(nèi)外同行的部分典型工作，旨在能為讀者提供基本素材，以助其快速了解液態(tài)金屬領(lǐng)域概況，從而為今后工作的開展打下基礎(chǔ)。

本書的整理、寫作開始于2016年夏，初步材料完成后卻擱置多時。這期間，由于實驗室研究工作開展的如火如荼，筆者大多時候只能邊完成手頭工作，邊組織實驗室討論，同時斷斷續(xù)續(xù)對本書加以修訂、撰寫和補充。本書得以最終出版，真是要感謝上�？茖W技術(shù)出版社包惠芳老師的敦促和鼓勵，使得筆者終于下定決心將本書及時呈現(xiàn)出來。

在本書持續(xù)近兩年的整理、寫作過程中，可以說，筆者實驗室?guī)缀跞w師生均投入相應(yīng)內(nèi)容的討論、整理和撰寫，不完全列舉如下：王倩、盛磊、饒偉、何志祝、桂林、高猛、鄧中山等；博士后：梁書婷、湯劍波、王磊（大）、馬榮超、王磊（�。�、于永澤、衣麗婷、路金蓉、胡靚、崔云濤、劉福軍、楊利香等；博士生：楊小虎、袁彬、譚思聰、丁玉杰、趙曦、徐碩、張倫嘉、葉子、周旭艷、王榮航、陳森、汪鴻章、王雪林、國瑞、袁博、田露、王榮航、孫旭陽、郭藏燃等；碩士生：張仁昌、王康、梅生福、桂晗、趙正男等。本書部分研究得到中國科學院院長基金、中國科學院前沿計劃及國家自然科學重點基金資助（No.91748206）。在此謹一并致謝！

限于時間，加之作者水平有限，本書不足和掛一漏萬之處，懇請讀者批評指正。

劉靜2018年6月

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