纳米液态金属材料学(液态金属物质科学与技术研究丛书) 下载 pdf 百度网盘 epub 免费 2025 电子书 mobi 在线

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。

第1章概要1

11引言1

12低熔点液态金属简介2

121低熔点液态金属的分类2

122镓基液态金属4

123铋基低熔点金属5

13纳米液态金属材料简介与分类7

131组成分类7

132结构分类8

133形状分类9

14纳米液态金属材料的物理化学特性9

141形貌9

142氧化性质11

143电学性质12

144热学性质14

15纳米液态金属独特的可变形特性15

16纳米液态金属制造问题18

17纳米液态金属材料的应用领域19

171生物医学21

172柔性电子22

173能源热控23

174微纳马达23

175其他领域24

18纳米液态金属材料的生物安全性25

19未来展望27

110小结28

参考文献28

第2章纳米液态金属材料制备与表面修饰37

21引言37

22纳米液态金属材料的制备方法38

221模板法38

222流体喷射法38

223微流控制备方法41

224机械剪切法43

225超声制备方法44

226物理气相沉积法46

23液态金属颗粒的表面修饰47

231有机化合物修饰49

232碳基材料修饰53

233无机氧化物修饰63

24纳米液态金属常用表征方法64

241扫描电子显微镜表征65

242透射电子显微镜表征65

243X射线衍射表征65

244X射线光电子能谱表征66

245动态光散射仪66

25小结66

参考文献66

第3章纳米液态金属流体72

31引言72

32纳米液态金属流体填充颗粒类型73

33液态金属纳米流体的制备方法74

331物理制备方法74

332胞吞效应制备方法75

333纳米液态金属流体制备过程颗粒内化与扩散机制79

334纳米液态金属流体的浸润特性80

34金属颗粒液态金属流体83

341Cu颗粒填充液态金属流体的制备方法84

342GaInCu流变特性86

343GaInCu热学特性88

344GaInCu电学特性90

345GaInCu机械特性91

35非金属颗粒液态金属流体93

351非金属颗粒液态金属流体的制备方法93

352GaInSi电学特性94

353GaInSi流变特性95

354GaInSi可回收性97

36纳米液态金属流体的应用98

361能源管理98

362磁能转换99

363能量存储99

364电子印刷100

37小结101

参考文献101

第4章纳米液态金属热界面材料108

41引言108

42纳米热界面材料的优势与局限性109

43纳米尺度氧化的高黏附性液态金属热界面材料109

44纳米颗粒强化的高导热液态金属热界面材料111

45高导热电绝缘液态金属热界面材料113

451纳米液态金属颗粒填充复合物的制备方法116

452液态金属填充表征与分析117

453纳米液态金属颗粒填充复合物稳定性120

46纳米液态金属热界面材料的应用124

461高功率电气设备热管理124

462可穿戴电子散热126

47小结127

参考文献130

第5章纳米液态金属电子墨水134

51引言134

52纳米液态金属电子墨水的制备方法与表面修饰134

521制备方法134

522表面修饰136

53纳米液态金属电子墨水烧结方法136

531激光/高温烧结法136

532低温膨胀烧结法137

533机械应力烧结法138

534剪切摩擦烧结法139

535化学烧结法140

54液态金属颗粒尺寸对电路性能的影响141

55纳米液态金属墨水的印刷方法144

551纳米液态金属墨水直接印刷方法144

552纳米液态金属墨水微流道印刷方法147

56水基纳米液态金属墨水的制备、优化及应用148

561水基纳米液态金属墨水的制备方法148

562水基纳米液态金属材料的性能优化149

563水基纳米液态金属墨水从绝缘到导电的转变156

564水基纳米液态金属墨水应用示例157

57自组装液态金属Janus薄膜的制备、表征及应用158

571纳米液态金属Janus薄膜的成膜原理159

572自组装液态金属Janus薄膜的制备163

573自组装液态金属Janus薄膜的性能169

574自组装复合液态金属多功能Janus薄膜导电性的转变169

575自组装液态金属Janus薄膜用于柔性电子产品的快速制造

173

576液态金属Janus薄膜用于制备微型针灸深度传感器176

577液态金属Janus薄膜的光学和热学各向异性178

58小结180

参考文献180

第6章纳米液态金属磁流体184

61引言184

62纳米液态金属磁流体的机械制备185

621纳米液态金属磁流体的机械制备方法185

622纳米液态金属磁流体的特性190

63纳米液态金属磁流体的胞吞法制备193

631纳米液态金属磁流体的胞吞制备方法193

632纳米液态金属磁流体的磁控特性195

64纳米液态金属磁流体的流变特性199

65纳米液态金属磁流体磁热效应207

66纳米液态金属磁流体应用问题212

661磁修复液态金属柔性电路212

662可编程液态金属磁流体214

663可磁重构的液态金属磁性材料216

664纳米液态金属磁流体的应用讨论218

67小结219

参考文献219

第7章纳米液态金属复合材料223

71引言223

72纳米液态金属核壳结构材料224

73纳米液态金属与聚合物复合材料234

74液态金属与多种类纳米颗粒复合材料243

75纳米液态金属复合材料应用讨论248

76小结249

参考文献250

第8章纳米液态金属生物医学材料256

81引言256

82液态金属纳米氧化层的生物医学材料特性257

83纳米液态金属生物医学材料安全性与可降解特性259

831纳米液态金属材料的生物安全性259

832纳米液态金属材料的可降解性260

84纳米液态金属尺寸及形状的调控260

841纳米液态金属生物材料的合成260

842纳米液态金属生物材料的尺寸和形状控制261

843纳米液态金属生物材料的功能化修饰策略262

85纳米液态金属生物材料的外场响应特性265

86纳米液态金属材料的生物医学应用267

861生物医学检测267

862药物递送268

863产热与强化传热270

864其他肿瘤治疗273

865成像276

866抗菌应用276

87纳米液态金属材料的生物医学应用问题278

88小结279

参考文献280

第9章纳米液态金属二维材料286

91引言286

92纳米液态金属二维材料的制备287

93纳米液态金属二维材料直接印刷294

94纳米液态金属二维材料电学、光学特性297

95纳米液态金属二维材料半导体特性301

96纳米液态金属二维材料的应用310

97小结313

参考文献313

第10章纳米液态金属材料展望318

101引言318

102微/纳米液态金属机器人318

103液态金属量子点324

104液态金属量子器件326

105金属原子软化理论330

106小结331

参考文献332

索引335

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S部《先进低成本医疗技术》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年度论文奖等。

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编辑推荐

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S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。

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