液态金属材料对上游原材料的依赖性极强，从上游供应链的角度来看风险极小，反而更容易卡国外脖子。另外，目前从液态金属整体产业来看，我国还处于产业发展较初期，理论基础和相关工艺要进一步完善升级；部分细致划分领域在加速产业化进程。从现有理论研究看，一旦液态金属进一步成熟，其应用场景无限

  液态金属（LM）是指在室温附近或更高一些的温度下呈液态的金属，具有高导电性、高导热性、高流动性和优良的生物相容性。常见的室温液态金属主要有铯（Cs，熔点 28.4 ℃）、钫（Fr，熔点27.0 ℃）、铷（Rb，熔点39.3 ℃）、汞（Hg，熔点-38.8 ℃）和镓（Ga，熔点29.8 ℃）；其中：汞是日常生活中最常见的液态金属，但由于汞的剧毒和易挥发等特性限制了其发展；铷、铯、钫3种液态金属也由于其具有较强的放射性而难以得到普遍应用。相比于其他LM，Ga在很大温度范围内能够稳定地维持液态；相比于其他液态金属，其具有毒性低、蒸汽压低、可回收利用等特性，化学性质稳定，且能够最终靠与其他金属（如铟、锡、锌）合金化来降低熔点。

  镓基液态材料，是制备下一代可穿戴设备、软机器人、柔性和可拉伸电子科技类产品的理想材料。然而，镓基液态材料的表面张力使其难以处理和加工，不利于其图案化和成型。目前，通过合金化和非金属填料两种策略，已经成功制造出具有改善的导热率或机械强度的镓基液态材料复合材料。

  镓铟（EGaIn,）、镓锡（EGaSn）和镓铟锡（EGaInSn/Galinstan,Ga68In22Sn10）的三种共晶合金以及Ga是最常用的镓基液态材料；EGaIn熔点为15.7°C；由于显著的过冷效应，Galinstan在-19°C以上表现为液态。液态金属的过冷效应与尺寸有很大的关系, 微米级或亚微米级的液态镓可以在150K以上保持液态，而3-15nm范围内镓纳米液滴的过冷温度还可以低至90K。

  在液态镓中添加不一样的种类的金属，能够得到不同熔点和电导率的液态镓合金，与其他金属（如铟、锡）形成合金，可将熔点降低到室温以下。镓基液态金属合金拥有优良的电学特性，其导电性远高于其他液态金属，镓铟锡合金的电导率约为3.1×10^6 S/m，在一定的应变条件下，其导电能力略高于碳纳米管；在镓基液态金属合金中加入不同的金属粉末可改变液态金属的电导率。在极低温度下，某些成分配比的镓基液态金属合金甚至会出现超导现象。此外，镓基液态金属还具有非常好的导热性能，镓铟锡合金在室温下的热导率约为水的27倍。

  镓基液态金属合金静置在空气中时易被氧化，其表面会与空气中的氧气发生化学反应，生成约3nm厚的Ga2O3或Ga2O氧化膜，该薄膜的形成会使合金表面的某些物理性质发生改变。另一方面，该薄膜的形成也会阻止合金内部被进一步氧化，促进合金内部的化学与机械稳定性；针对这一问题，可通过强酸、强碱处理，进而有效克服液态合金的氧化问题；但对于导电性能要求高的产品应用时，则需要在氮气氛围等无氧环境下操作。

  此外，镓基液态金属发生电化学反应时，可以明显降低其表面张力，在共晶镓铟合金中加入金属镁，还可以使其光热转换率提高61.5%；在液态金属中加入铁磁性的铁或镍金属材料，不仅能使液态金属具有磁响应性能，还能使其具有正的压电性。

  通过改变镓基液态金属颗粒的大小可进一步提升镓基液态金属的性能。液态金属表明产生的自钝化层在控制液态金属颗粒形貌和尺寸上起着至关重要的作用。经过控制配体种类、液态金属/配体投料比、超声时间和超声悬液温度能获得各种不同的纳米结构。一般而言，制备液态金属颗粒的基本方法最重要的包含自下而上、自上而下法。

  自下而上法通常是利用金属盐前驱体的化学(生物) 还原反应，该方法适合制备形状均一、尺寸分布较窄的颗粒。分布不均的液滴尺寸会限制其光学和生物学应用，只有尺寸可控的液态金属颗粒才能被用于提供理想的特性。

  是将宏观材料制造成颗粒最常用的方法。采用超声波降解、机械搅拌等方法就可以获得所需的颗粒。利用超声波分解制得的颗粒滴通常呈球状，改变反应条件可生成棒状或米粒状的液态金属纳米颗粒，不同形貌的纳米颗粒拓宽了液态金属在生物医学领域的应用范围。

  对于控制液态金属颗粒的大小和拓扑结构是可行的，但它通常不能控制化学计量的组成; 而自上而下法可以很容易地控制化学计量的组成，并通过一定的外部能量输入即可将宏观的液态金属转化为金属颗粒。然而，液态金属颗粒合成过程中的尺寸控制和形貌控制仍然具有挑战性。

  目前，镓基液态金属柔性导线种：微流管注入法、印刷制备法和微粒机械烧结法。

  液态金属电池以液态金属为正负极，无机熔盐为电解质兼作隔膜；金属电极的液态化使这类电池摆脱了传统固态电极材料因结构稳定性差、易产生枝晶而导致的循环寿命短、热失控等问题。现阶段，部分高温液态金属电池（

  350℃）已初步实现商业化，新兴的中低温/室温液态金属电池（100~350℃/~25℃）尚处于研究初始阶段。

  液态金属电池由三层液体组成，上层负极液态金属密度最小，下层正极液态金属密度最大，中间熔盐电解质层密度居中。在工作时候的温度下，正、负极和熔盐电解质均处于液态，三者由于密度的不同自动分层；全液态结构使得其在充放电过程中电极结构具有高的自愈性，预计电池使用寿命可达到15-25年，十分适用于规模静态储能。

  液态金属电池电极的筛选原则，即：①用作电极的金属应具有合适的熔点和沸点，在常压下，熔点应低于1000℃，沸点高于25℃；②拥有非常良好的导电性，最小电子电导率大于传统的熔融盐电解质的离子电导率（σ>

  液态金属电池电极的筛选原则，即：①用作电极的金属应具有合适的熔点和沸点，在常压下，熔点应低于1000℃，沸点高于25℃；②拥有非常良好的导电性，最小电子电导率大于传统的熔融盐电解质的离子电导率（σ1S cm-1 ）；③液态金属电极应为非放射性元素。常见作为负极材料的电正性金属有Li、K、Na、Ca、Mg等；作为正极材料的有电负性金属、半金属或VIA族元素（氧族元素），例如Bi、Te、Ga、Pb、Sn、Sb、S等。

  据太平洋西北国家实验室报告，一个完全安装100兆瓦、10小时电网存储锂离子电池系统的成本约405美元/千瓦时。全球致力于将液态金属电池产业化的公司—Ambri的电网电池的成本为180美元/千瓦时-250美元/千瓦小时；到2030年，其预计成本约为21美元/千瓦时；电池使用寿命为20年，仍能保持95%的容量。全球首款液态金属电池储能系统将于2024年底前在美国科罗拉多州全面投入商业化运行。

  镓基液态金属因拥有良好的导热性能，热导率可高达29.3W/(m•K)，这使得镓基液态金属在制备热界面材料、材料改性及散热冷却等方面存在广泛的应用前景。中国在第一批前沿材料产业化重点发展指导目录中，更是将Ga基液态金属等低熔点合金及其复合材料，列为面向消费电子、智能机器人、新能源等应用领域的重点发展材料体系。

  除此之外，镓基液态金属合金因具有较高的热导率和热容量、低摩擦系数、低磨损率等特征，可快速消散摩擦过程中所产生的热量，其密度远高于传统润滑剂。也有研究表明，在氧气和空气的环境下，镓基液态金属合金的摩擦系数和磨损率均低于氮气环境，镓基液态金属合金的润滑性能与其所处的环境气氛相关性极高。目前，在摩擦领域，镓基液态金属主要使用在于载流润滑剂、极压润滑剂和润滑添加剂等。

  另外，为提高镓基液态金属合金的润滑能力，国内外科研人员尝试将拥有非常良好润滑性能的材料（六方氮化硼、银等）加入到镓基液态金属中，或者对摩擦副材料表明上进行激光织构，以提高其润滑能力，并逐渐取得了较好效果。

  医疗应用领域，后续要解决的问题：①液态金属液滴的粒径一般分布都较宽，而较大尺寸的液态金属液滴很容易被生物体内质网系统拦截或被吞噬细胞吞噬，需要继续发展尺寸均一性的方法；②探究液态金属纳米液滴与生物体组织及系统的相互作用关系；③液态金属纳米液滴表面积很大，在环境中不稳定、容易氧化, 研究怎么样长期储存液态金属纳米液滴并保持均匀分散。

  目前关于液态金属的可控流动与操控的研究取得很大的进展，但是怎么来实现高效且简便的控制方式，怎么样提高打印过程的可操作性和结构分辨率以及怎么来实现高精度的控制还有很大的探索空间。

  液态金属作为一类特殊功能材料，已展现出引领和开拓重大科学技术前沿的特质，并在众多领域带来颠覆性变革。但是，目前液态金属EGaIn仍然面临以下一些难题：①分辨率限制；②长期毒性；③界面反应；④氧化层调控；⑤器件长期寿命及循环稳定性。

  在热管理领域，镓基液态金属兼具高导热和流动性的特点，既可作为对流换热介质，也可直接作为热界面材料。向镓基液态金属中混入更高导热的材料，如铜(Cu)、钨(W)、金刚石等，可获得具有更高导热的液态金属混合填料。填料的热导率、含量、尺寸、形状、表面性质及分布情况对复合材料的热导率有较大影响。Kong等分别向Ga和Galinstan中添加占总体积分数为40%的W粉，所得混合填料的热导率可分别提升至(62±2.28)W·m-1·k-1和(57±2.08)W·

  镓基液态金属及其混合填料虽然具有较高的热导率，但由于其具有流动性，因此，在实际应用过程中，有可能会出现泄漏问题。泄漏的液态金属具有导电特性，易造成电路短路，且Ga对Cu、Al等材料具备腐蚀性，易对器件造成结构损坏。因此，一般不直接将其作为电子器件热管理中的导热材料，而是通常将其包裹在聚合物基体中，制成聚合物基复合材料。在提高导热性能的同时，使复合材料仍具有柔软的力学性能，从而解决因固体填料加入而使复合材料硬化的问题。

  通过不同的制备方法可使液态金属在聚合物基体中具有不一样的分布结构，进而影响复合材料的整体导热特性。液态金属在聚合物基体中的结构分布可分为非连续分布、单向连续分布及三维连续分布，不同的分布状态对所得复合材料的导热特性影响较大。

  无论是液体金属基复合材料还是液态金属填充型聚合物基导热材料，液态金属的热导率都有待提升，需通过添加其他更高热导率的填料来优化其作为热界面材料的导热性能。目前，对于该类问题，除将铜、银等高热导率的金属材料作为填料外，该领域还有将更高热导率的金刚石作为填料的趋势。

  液态金属作为一类特殊功能材料，有望在电子信息、生物医学、柔性机器人、新计算机、新能源等领域带来颠覆性变革，并催生出一系列战略性新兴起的产业。近年来，电子信息、智能制造等新兴起的产业的加快速度进行发展，推动液态金属研发与应用逐渐驶入快车道。《储能产业研究白皮书2021》预测，20221-2025年电化学储能规模将以57.4%的复合增长率增长，到2025年累积投运规模有望达到35.53GW（保守场景），最高可达55.9GW（理想场景）。按液态金属电池占据10%储能市场计，其年产值将超过70亿元人民币。

  我国掌握液态金属材料上游供应链，卡脖子风险小，部分细致划分领域产业化研究引领全球

  我国是全球金属镓的最大生产国，但生产的多为镓的初级产品（粗镓，即纯度在99.9%（3N级）~99.99%（4N级）的镓），约占全球总产量的75%，主要供应美国、日本、欧盟和韩国等国家。2023年8月，液态金属被列入《前沿材料产业化重点发展指导目录（第一批）》。2002年，中国团队首次提出将低熔点金属，特别是镓基液态金属流体用于芯片冷却，从此开启了这类高安全性室温液态金属的基础与应用研究。2015年，我国科学家在世界上首次用镓铟锡合金“缝合”了牛蛙断裂的坐骨神经，推动了人类神经修复和连接的研究进展。

  液态金属材料种类较少，但可选材料并不多，其原材料大多为稀有金属，且成本比较高。例如近年来镓的价格已超过2000元/kg，这严重制约了实验室和产业化研究。此外，因液态金属的大规模研究时间较晚，相关基础和理论研究还有待大幅完善，很多应用方向还处于实验室或刚出实验室阶段，技术成熟还需要若干时间。

  梳理全球液态金属创业企业，从不完全统计数据能够准确的看出，增材制造、热管理、储能方向是最受喜爱的应用方向，国内外差异明显，目前仍处于产业高质量发展初期，行业竞争环境宽松。国外在液态金属储能电池领域处于领头羊，头部公司Ambri慢慢的开始大规模商业化；国内企业在此领域当中也在快速跟进当中。中国梦之墨液态金属电路打印设备，是全球首台采用液态金属电子增材制造技术的桌面级电子制造设备，也已经开启商业化，销售额实现较快增长。