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《液态金属物质科学基础现象与效应》著作出版,全面解读领域新知与发现 时间:2019-03-04 14:05:03.0

近日,在国家出版基金项目资助下,医学院生物医学工程系刘静教授出版了一部旨在反映常温液态金属领域近年来基础进展的前沿著作:《液态金属物质科学基础现象与效应》(上海科学技术出版社,2019)。在这部历时数年完成的著作中,作者系统总结了国内外特别是其所带领的清华大学与中科院理化所联合团队发现的系列代表性基础现象与科学效应。该著作系国内外首次出版,填补了相应学术文献空白。


常温液态金属通常是指在室温或更高一些温度下呈液态的单质、合金或其衍生金属材料,其中蕴藏着诸多颇为丰富而又令人匪夷所思的新奇物质特性。以往,由于人类对此类金属在科学与应用方面的价值知之甚少,致使相应探索长期处于沉寂。可喜的是,近年来的大量突破性发现掀开了液态金属的一系列神秘面纱,促成了许多激动人心的应用,直接推动了若干新兴学科前沿的形成和发展。正因如此,液态金属有关成果被认为是人类利用金属的第二次革命。


当前,常温液态金属物质科学已从最初的冷门发展成备受国际广泛瞩目的重大研究领域和热点,战略价值十分显著。无疑,在几乎所有的探索活动中,对液态金属物质基本属性和规律的认识是其中极为关键的首要环节。可以说,这一领域涌现出的基础性发现,业已成为发展诸多颠覆性技术的核心引擎。然而,遗憾的是,迄今国内外学术界在此领域的论述存在大量空白,制约了进一步拓展的空间。为推动新兴的液态金属物质科学的持续进步,此书系统总结整理了各有关代表性发现,涉及上百个科学现象与效应。全书注重剖析液态金属较为基础的科学属性、典型现象、奇异效应及突破性应用,可供物理、化学、数学、生物、医学、电子、机械、器件、材料、设计乃至文化创意等领域的读者阅读参考。


值得指出的是,此书大量核心素材来源于作者实验室在国际上取得的一系列产生重要影响的原创性成果。经过十多年的探索,刘静团队率先揭开了40余项全新基础科学现象与效应,催生出系列新兴学术方向。其中的一些典型工作如下:


开启了国际室温液态金属可控变形效应研究,首次揭开外场(电、磁、化学、力、热场)下溶液中液态金属可在不同形态和运动模式间发生转换的基础现象,如大尺度变形、自旋、射流、自由塑形、褶皱波效应、多孔膨胀效应等,改变了业界对经典材料、流体、软物质及刚体机器既有认识,被认为是观念性突破和重大发现,“预示着柔性机器人新时代”。


此外,他们还开创性发现液态金属自驱动效应,产生重大广泛影响,其代表性论文的Almetric影响力指数在著名刊物《Advanced Materials》以往所发表的全部论文中位列第一,为该刊当年度下载最多论文;在持续的探索中,团队进一步发现了液态金属微马达过渡态机器效应、电场加速效应、磁陷阱效应、宏观布朗运动模式、纳米颗粒驱动及示踪液态金属流动效应、液态金属蛇形分散效应等。部分成果入选两院院士评选中国十大科技进展新闻,CCTV科技盛典十大创新人物。


在固液组合机器效应方面,团队首次发现浸润于液态金属中的金属丝会发生周期性自激振荡的效应,以及金属颗粒触发型液态金属跳跃现象、液态金属胞吞效应、液态金属焊接纳米颗粒效应等,在很大程度上革新了经典科学对于物质界面的基本认识。


由于显著的科学突破性,上述系列发现相继被Nature、Nature Materials、Science News、New Scientist、Discover、Phys.org、Chemistry World等广泛评介,有近30篇论文先后入选所在英文期刊的封面或封底故事。


总的说来,液态金属物质科学领域是一个基础研究与实际应用交相辉映、较具发展前景的重大前沿。作为自身物理化学行为十分独特的新兴功能物质,液态金属正为许多科学与技术探索带来前所未有的观念性启示,也为有关新工业的开辟提供了物质基础和条件。当前,世界科技正处于革命性变革的前夜,以物质、能量、生物和信息为综合特征的液态金属交叉学科堪称催生突破性发现和技术变革的科技航母,这一领域的发展方兴未艾。


本书涉及学科领域跨度大,内容崭新,所解读的科学现象、基础效应和变革性应用途径,对于液态金属今后在生命健康、材料科学、信息、能源、电子、先进制造以及柔性智能机器等广泛领域的拓展,有着重要的科学意义和基础参考价值。 


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图1 由上海科学技术出版社出版的《液态金属物质科学基础现象与效应》著作封面







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