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机械制造:液态金属颠覆物质形态 想变就变

2018-04-10 15:59:33 浙江中兴机械制造有限公司 阅读

投资要点:

  Google正大举进入机器人、无人机等各类智能硬件产品;软银、阿里、富士康不久前合资并启动情感机器人Pepper量产计划。这些国际巨头的战略布局,让人们意识到一个新制造、新硬件时代正悄然来临。对于未来,我们的思考是中国是否做好了进入“新硬件时代”的准备?中国高端装备和智能硬件的下一个需求爆发点在哪里?“未来机器”系列报告希望用前瞻性研究视角为您提供以上问题的启发。第九篇,我们聚焦液态金属。

  液态金属是金属熔体原子无序排列状态被冻结所形成。液态金属属于非晶合金,是采用现代快速凝固冶金技术合成的,兼有一般金属和玻璃优异的力学、物理和化学性能的新型非晶金属玻璃材料。物理特性各向同性、没有确切熔点、具有玻璃转化温度点,兼具固态、金属、玻璃的特性,又称金属玻璃。

  液态金属拥有与普通金属原子晶格完全不同的结构,因此也决定了其具有很多晶态金属无法企及的优越性能:1)高强度:假如需要支撑一个重约1.5吨的小汽车,若使用普通钢材需要7~10根直径2mm的钢筋,改用液态金属材料只需要1根。2)玻璃化转化:液态金属机器人T-1000超强的自愈合能力就来自于液态金属所具备的玻璃化转化特性。液态金属加热转化的过程呈现半流动玻璃态的特点,其转化温度约为熔化温度的0.5~0.6倍,这也正是其名字“液态”的由来。3)除此之外还具备具有优异的软磁性能、抗腐蚀能力、高弹性、高硬度、耐磨擦等。

  液态金属是目前最活跃的金属材料研究领域,下游应用广泛。目前主要在以下几个方面实现应用:1)液态金属钢材:强度为传统高强钢的2~3倍,可用于海军船舰的表面防护,抗打击能力也具有传统钢材无法比拟的优势,其非磁性的特点还具备反探测的特点。2)轻量化材料:铝基和镁基液态金属高强度低密度材料的特性,符合汽车、高速轨道交通工具等轻型化的发展需要,目前已在航空航天领域有重要应用。3)液态金属工具:目前推出的“光剑刀”就是其中突出代表。使用者握住刀柄之后在屏幕上选择要生成的刀体,之后刀把上就能变出一把液态金属刀,能自动成型且能够选择刀体大小。4)体育用品:由液态金属制造的高尔夫球头、滑雪板、棒球棒、滑冰用具等在美国和日本等国家已逐步商业化,能传递99%的能量。5)生物医用材料:液态金属镓合金不容易与体液以及周围器官组织发生反应,可以用它连接并修复受损的神经。还可用于手术刀、人造骨、电磁刺激体内生物传感材料、人造牙齿等。

  今年三月我国科学家发现自驱动的仿生型液态金属软体动物:液态金属可在吞食少量物质后以可变形机器形态长时间高速运动,实现了无需外部电力的自主运动。

  液态金属最高形态机器人或成现实。把液态金属看做“细胞”功能执行单元,采用空间架构的电极控制,融合液态金属材料、生物学、机器人、流体力学、电子、传感器以及计算机等学科的知识,把智能液态金属单元扩展到三维,利用电子编程作为神经调控,就可以组装出自由变形的液态机器人。

  自主运动可变形液态金属技术还处在基础原理研发初期,离产业化还有相当的距离。目前国内科学家的科研探索走在了世界的前列。

  风险提示:液态金属技术应用进度低于预期。