作者：胡燕萍来源：空天防务观察

年以来，美空军研究实验室（AFRL）连续披露其液态金属研发工作的最新进展，显示出美国在液态金属应用研究领域得到了快速发展。目前AFRL的液态金属天线技术已完成实验室阶段的可行性验证和原型件试制，利用液态金属制成的天线原型件可在70兆赫～7吉赫范围内，按需调节工作频率，达到“以一替多”，实现飞机通信设备精简和系统减重等目的；AFRL通过3D打印出了液态金属柔性电路样件，精度达到了微米级；美国大学和研究机构正开展液态金属机器人机理研究。

一、镓铟合金是最具应用前景的液态金属

液态金属通常是指熔点低于℃的低熔点合金，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，熔点分别是-38.87℃、28.65℃、27℃和29.8℃。汞的挥发性较大，且有毒，含汞残余物进入生态循环会对人类和环境造成危害，因此仅限于科学研究，大规模生产和应用受限。铯和钫属于性质活泼的碱性金属，铯在空气中极易被氧化，和水会发生剧烈反应，而钫则是一种不稳定的放射性元素，限制了其应用开发。

镓铟合金（左侧）及由该合金支撑的液态金属液滴阵列（美国北卡罗来纳州州立大学图片）

因此，从上世纪九十年代末起，国外科学家开始重点研究镓合金，代替汞开展液态金属的机理探索和应用研究。镓无毒，在手掌上就可化为液态，合金性能稳定，具有良好的介电性能和热胀冷缩性能。通过加入其他元素，可形成镓合金来调节熔点。研究表明，当镓中加入铟元素，形成的镓铟共晶合金，其熔点可在零摄氏度以下，用于电路设计，可通过机械、电压等外部作用，对电路中镓铟液态金属的形貌、位置等进行控制，可实现灵活设计，且易于电路重构，颠覆了传统铜制电路灵活性不足且难以更改重构的缺点。

二、镓铟液态金属在射频天线和印刷柔性电路领域快速走向应用

目前，美军镓铟液态金属军用天线已完成原型件验证，未来十年内有望装机应用；液态金属3D打印作为柔性电子器件制造的最新前沿技术，为常温下直接制造柔性导线、执行器、电极系统、可穿戴式机械外骨骼的元器件，开辟了一条方便快捷且有望实现普及化应用的途径。

1.镓铟液态金属天线频率可调，颠覆了传统军用天线系统设计

为满足不同任务需求，军用飞机常需配装数十副天线，覆盖8～9种不同的工作频率。多个天线通常会造成系统构造复杂、增重以及信号间的干扰，使系统整体性能下降。美国科学家于9年提出液态金属多频天线的概念，并在实验室环境下证实了镓液态金属天线的性能。年，美国南卡罗莱纳州立大学，首次研制出常温液态的镓铟共晶合金，并制备出在1.91吉赫～1.99吉赫范围内频率可调的镓铟液态金属天线原理件，成功验证了技术可行性。年，该研究团队又采用新的电压驱动模式，实现了对合金形貌和位置的控制，研制出工作频率在0.66吉赫～3.4吉赫范围内可调的镓铟液态金属天线。

左：年研制出的原理样件；右：年AFRL展示的液态金属共形天线原型件

美国南卡罗莱纳州立大学年的研究成果引起了美空军的高度

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