前言
不同于迄今已被充分研究过的各类刚性纳米尺度材料,可变形纳米液态金属这种超越常规的新兴功能材料的出现,正带来大量独特的研究与应用机遇。这是因为降低液态金属液滴表面张力、增加比表面积及缩小物理尺寸对于液态金属在生物医学、印刷电子、界面材料和柔性传感器等领域的应用至关重要。纳米液态金属显著改变并提升了宏观液态金属的特定物理化学性能,展现出宏观液态金属力所不及的性能,这样的例子不一而足。
在热界面材料领域,纳米液态金属表现出更高的颗粒融合势垒,显著地提升了绝缘导热界面材料的稳定性。在增材制造领域,利用直写和微注射等制造方式展示了批量生产液态金属图案的潜在实际应用,但受限于较大的表面张力和易于形成的表面氧化物,宏观液态金属与常用的喷墨式打印工艺不易兼容,因此制造导线宽度仅为几微米甚至更高分辨率柔性电路板一度成为难题。然而,通过引入微纳尺度液态金属液滴协助精确电路的制造,使高分辨率印刷电子“触手可及”。此外,通过对微纳米液态金属颗粒进行改性和修饰(氧化、表面活化等),能够在微观尺度上对材料功能予以定向设计,从而拓宽液态金属在微观领域的应用。同时得益于尺寸效应,液态金属微纳米颗粒在电磁光热等方面也展现出了一些异于宏观液态金属的独特性质。这些特性使其在生物医学、柔性电子、热管理和微型马达等领域发挥了独特作用。在能源热控方面,与刚性微纳米金属材料相比,柔性微纳米液态金属则表现出更强的顺应性和易于调控等特性,固液共存的状态使其能够实现刚性纳米材料所无法实现的相变储能等应用。
为推动纳米液态金属材料学这一新兴纳米科学与技术前沿的研究和深入发展,本书系统总结和评述了微纳米液态金属材料的各种物理化学性质,深入阐述了当前已发展出的多种用于制备微纳米液态金属材料的实验手段,着重解读这类新颖的微纳米功能材料在生物医学、柔性电子、热管理和柔性马达领域的前沿应用,探讨当前液态金属微纳米材料所面临的挑战并展望其未来前景。
全书注重介绍纳米液态金属材料为基础的科学属性、典型效应及相关突破性应用。
限于时间和精力,本书不足和挂一漏万之处,敬请读者批评指正。
刘 静 孙旭阳 饶 伟
2022年11月
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商品简介
本书基于作者团队十多年来在纳米液态金属材料学领域的研究成果,系统总结微纳米液态金属材料的各种物理化学性质,深入阐述当前存在的多种用于制备微纳米液态金属材料的实验手段,着重解读这种新颖的微纳米功能材料在生物医学、柔性电子、热管理和柔性马达领域的前沿应用,探讨当前液态金属微纳米材料所面临的挑战并展望液态金属微纳米材料的未来前景。
全书注重介绍纳米液态金属材料为基础的科学属性、典型效应及相关突破性应用,可供纳米技术、生物、医学、机械、电子、器件、材料、物理、化学及设计等领域的研究人员、工程师以及大专院校有关专业师生参考。
作者简介
"饶伟,中国科学院理化技术研究所研究员。长期从事液态金属、低温生物医学与微纳米技术等方面交叉科学问题研究。自2016年回国以来,先后承担国家自然科学基金、科技部重点研发计划、北京市科委重大专项、科技委课题等10余项。已发表期刊论文近100篇,其中发表SCI论文50余篇,平均影响因子>8,有10余篇通讯作者论文被选为封面故事。合作出版国内外首部《优选低成本医疗技术》专著。孙旭阳,北京航空航天大学生物医学科学与工程学院副教授。长期从事液态金属、生物材料、低温生物医学、柔性电子及肿瘤治疗方面的研究,发表SCI论文30余篇,部分被选为期刊封面故事,主持有液态金属主题方面的国家自然科学基金等项目。刘静,中国科学院理化技术研究所研究员、清华大学生物医学工程系教授。长期从事液态金属、生物医学工程与工程热物理等领域交叉科学问题研究并做出系列开创性贡献。特别是在液态金属领域取得了突破性发现和应用,成果在世界范围产生广泛影响。出版14部著作,发表论文480余篇(30余篇英文封面或封底故事);申报发明专利200余项,已获授权130余项。曾获国际传热界优选奖之一“The William Begell Medal”、全国首届创新争先奖、中国制冷学会技术发明一等奖、ASME会刊Journal of Electronic Packaging年度专享很好论文奖等。
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目录
第1章 概要
1.1 引言
1.2 低熔点液态金属简介
1.2.1 低熔点液态金属的分类
1.2.2 镓基液态金属
1.2.3 铋基低熔点金属
1.3 纳米液态金属材料简介与分类
1.3.1 组成分类
1.3.2 结构分类
1.3.3 形状分类
1.4 纳米液态金属材料的物理化学特性
1.4.1 形貌
1.4.2 氧化性质
1.4.3 电学性质
1.4.4 热学性质
1.5 纳米液态金属独特的可变形特性
1.6 纳米液态金属制造问题
1.7 纳米液态金属材料的应用领域
1.7.1 生物医学
1.7.2 柔性电子
1.7.3 能源热控
1.7.4 微纳马达
1.7.5 其他领域
1.8 纳米液态金属材料的生物安全性
1.9 未来展望
1.10 小结
参考文献
第2章 纳米液态金属材料制备与表面修饰
2.1 引言
2.2 纳米液态金属材料的制备方法
2.2.1 模板法
2.2.2 流体喷射法
2.2.3 微流控制备方法
2.2.4 机械剪切法
2.2.5 超声制备方法
2.2.6 物理气相沉积法
2.3 液态金属颗粒的表面修饰
2.3.1 有机化合物修饰
2.3.2 碳基材料修饰
2.3.3 无机氧化物修饰
2.4 纳米液态金属常用表征方法
2.4.1 扫描电子显微镜表征
2.4.2 透射电子显微镜表征
2.4.3 X射线衍射表征
2.4.4 X射线光电子能谱表征
2.4.5 动态光散射仪
2.5 小结
参考文献
第3章 纳米液态金属流体
3.1 引言
内容摘要
本书基于作者团队十多年来在纳米液态金属材料学领域的研究成果,系统总结微纳米液态金属材料的各种物理化学性质,深入阐述当前存在的多种用于制备微纳米液态金属材料的实验手段,着重解读这种新颖的微纳米功能材料在生物医学、柔性电子、热管理和柔性马达领域的前沿应用,探讨当前液态金属微纳米材料所面临的挑战并展望液态金属微纳米材料的未来前景。
全书注重介绍纳米液态金属材料最为基础的科学属性、典型效应及相关突破性应用,可供纳米技术、生物、医学、机械、电子、器件、材料、物理、化学及设计等领域的研究人员、工程师以及大专院校有关专业师生参考。
主编推荐
"液态金属在界面材料、芯片冷却、生物医学、印刷电子、3D打印以及柔性机器人领域正发挥着日益重要的作用,然而宏观液态金属在技术性能发挥上往往会遇到一定技术瓶颈。为进一步扩展其性能,利用纳米技术强化和改善液态金属的功能成为重要突破口,这催生了有别于传统刚性纳米材料的可变形纳米液态金属材料学的建立,沿此方向取得的一系列基础发现和技术进步,本书作者是该领域的先行者和开拓者,本书是国内首部全面介绍纳米液态金属材料学的专著,学术内容崭新独到,具有十分重要的科学意义和实际参考价值。
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