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液態(tài)金屬通常是指在室溫或更高一些溫度下呈液態(tài)的單質、合金或其衍生金屬材料。近年來的大量科學發(fā)現(xiàn)掀開了液態(tài)金屬物質科學的神秘面紗，其一系列令人匪夷所思的新奇特性，促成了眾多前沿學科的形成和發(fā)展，有關成果被認為是人類利用金屬的第二次革命。為推動這一領域的發(fā)展，本書總結了液態(tài)金屬近年來的一些典型發(fā)現(xiàn)和基礎效應，并剖析了若干可供探索的途徑和新方向。全書注重闡述液態(tài)金屬較為基礎的物質屬性、科學現(xiàn)象、奇異效應及相關應用，可供物理、化學、生物、醫(yī)學、電子、機械、器件、材料乃至設計等方面的研究人員、工程師以及大專院校有關專業(yè)師生、研究生以及廣大讀者閱讀參考。

液態(tài)金屬是種類眾多的單質、合金或其衍生金屬材料，在常溫下呈液態(tài)，具有沸點高、導電性強、熱導率高等特點，制造過程無需高溫冶煉，環(huán)保無毒。以往，由于此類材料的科學與應用價值未被充分認識到，致使相應研究在國際上長期處于沉寂。近年來的大量突破性發(fā)現(xiàn)深刻表明，作為珍寶般的新興物質科學，液態(tài)金屬蘊藏著諸多令人匪夷所思的新奇特性，打開了無比廣闊的應用領域。也正因如此，液態(tài)金屬有關成果被認為是人類利用金屬的第二次革命。

在當前國際上業(yè)已變得相當熱門的液態(tài)金屬諸多科學研究與技術探索上，中國可以說幸運地成為了先行者和開拓者。早在2000年伊始，筆者以中國科學院百人計劃學者的身份在中國科學院理化技術研究所工作期間，在寫作一本有著濃厚芯片散熱背景的學術著作《微米/納米尺度傳熱學》時，腦海中就不時閃現(xiàn)出采用液態(tài)金屬冷卻高熱流密度芯片的設想，這實際上促成了以后的一系列基礎和應用探索的展開。經過十多年持續(xù)不斷的工作，筆者在中國科學院理化技術研究所帶領的研究小組，包括后來在清華大學創(chuàng)建的實驗室，有幸于世界上率先發(fā)現(xiàn)了液態(tài)金屬一系列全新的科學現(xiàn)象、基礎效應和變革性應用途徑，開辟了多個當前業(yè)已變得相當重要的領域，在此基礎上筆者團隊提出了創(chuàng)建液態(tài)金屬谷以及發(fā)展全新工業(yè)的構想，并將其付諸實踐。然而，作為在液態(tài)金屬黑夜中摸索過來的科技工作者，筆者和團隊的一個深切體會是，液態(tài)金屬物質科學在漫長的發(fā)展過程中可以說基本上無人問津，更不用說有喝彩了，原因主要還在于世人長期以來對其知之甚少。不過，令人欣慰的是，這種狀況正隨著研究的逐步拓展得以大大改觀。近年來，我們欣喜地看到，世界范圍內眾多團隊紛紛介入液態(tài)金屬的研究和應用，成果迭出。毋庸置疑的是，液態(tài)金屬已從最初的冷門發(fā)展成全球熱點，正迅速崛起為引領物質科學發(fā)展的革命性領域之一，亟待人們去探究。

讀者要問，液態(tài)金屬為何能引發(fā)如此廣泛熱烈的興趣呢？實際上，僅從材料的屬性而言就不難看出，液態(tài)金屬可以說以一種物質形式將諸多尖端功能材料的優(yōu)勢集于一體，其性能易于按照人們的需要而靈活展現(xiàn)。像這樣可以在常溫下于液相、固相之間隨意切換，具有高導電性、導熱性甚至半導體特性的材料，在傳統(tǒng)的材料體系中是十分罕見的。而且，滿足這些特性的潛在液態(tài)金屬或其衍生材料的種類成千上萬，并處于快速增長中。因此，液態(tài)金屬已滲透到幾乎所有的自然科學和工程技術領域甚至文化創(chuàng)意行業(yè)，影響范圍甚廣，正為能源、電子信息、先進制造、國防軍事、柔性智能機器人，以及生物醫(yī)療健康等領域的發(fā)展帶來顛覆性變革，已催生出一系列戰(zhàn)略性新興產業(yè)，將有助于推動國家尖端科技水平的提高、全新工業(yè)體系的形成和發(fā)展，乃至人類物質文明的進步。一類材料，一個時代，液態(tài)金屬時代實際上已朝著人類走來。

當前，世界科技正處于革命性變革之中，以物質、能量、生物和信息為特征的液態(tài)金屬前沿學科，堪稱催生突破性發(fā)現(xiàn)和引領技術變革的科技航母。作為一大類物理化學行為十分獨特的新興功能物質，液態(tài)金屬正為大量科學與技術探索帶來前所未有的觀念性啟示，可望為有關科技領域的變革性發(fā)展乃至開辟全新工業(yè)創(chuàng)造巨大機遇，社會價值和科學意義十分深遠。

顯然，在液態(tài)金屬幾乎所有的研究和應用中，對其基本屬性的認識無疑是最為根本的環(huán)節(jié)。然而，遺憾的是，學術界迄今在此領域的論述存在大量空白，制約了進一步研究與應用的深入。本書正是在這樣的背景下總結匯編而成。當然，由于液態(tài)金屬涉及領域眾多，要在一本書中全面系統(tǒng)介紹其內容是不可能的，因此許多基礎現(xiàn)象和效應的內在機理在此并不過多觸及，留待專題著作集中闡述。

本書是筆者帶領的中國科學院理化技術研究所、清華大學聯(lián)合團隊的集體貢獻，部分發(fā)現(xiàn)來自云南中國液態(tài)金屬谷科研機構的工作。實驗室?guī)熒鷤兌荚浀茫谝簯B(tài)金屬研究遠未像今天如此熱門的早些年，筆者曾多次在內部會議上強調，對尚處于早期階段的液態(tài)金屬科學，實驗室應努力爭取于未來發(fā)現(xiàn)至少5個重要的基礎現(xiàn)象和科學效應。幸運的是，這一愿望很快得以實現(xiàn)，有關發(fā)現(xiàn)在國際上引發(fā)一系列重大反響。也因如此，筆者自己變得有些得寸進尺，繼而提出實驗室新的努力愿景，直接將最初定下的目標擴展成發(fā)現(xiàn)50個以上基礎現(xiàn)象和效應。筆者內心深處的愿望是，希望團隊能夠不斷開拓創(chuàng)新，去發(fā)現(xiàn)各種可能的秘密。原因很簡單，探索液態(tài)金屬實在是件美妙之事，而這一領域確實盛開著無數(shù)絢麗的科學之花。對于如此豐富多彩的液態(tài)金屬物質世界，有著無盡的科學前沿，值得人類永無止境地去追求。

鑒于液態(tài)金屬物質科學研究顯而易見的意義，筆者深感有必要將這一領域的基本效應、現(xiàn)象和基礎知識及時傳達給世人，以期有效引導和集合各方力量，來共同促成科學進步，從而更好地服務于社會，這也是出版本書的初衷。本書不求窮盡液態(tài)金屬全貌，主要匯集了其中的一些典型現(xiàn)象與效應，以及部分由此引發(fā)的重要應用問題。限于時間和精力，本書主要以筆者實驗室近十六七年來的研究成果為代表對液態(tài)金屬予以解讀，也包括國內外同行的部分典型工作，旨在能為讀者提供基本素材，以助其快速了解液態(tài)金屬領域概況，從而為今后工作的開展打下基礎。

本書的整理、寫作開始于2016年夏，初步材料完成后卻擱置多時。這期間，由于實驗室研究工作開展的如火如荼，筆者大多時候只能邊完成手頭工作，邊組織實驗室討論，同時斷斷續(xù)續(xù)對本書加以修訂、撰寫和補充。本書得以最終出版，真是要感謝上海科學技術出版社包惠芳老師的敦促和鼓勵，使得筆者終于下定決心將本書及時呈現(xiàn)出來。

在本書持續(xù)近兩年的整理、寫作過程中，可以說，筆者實驗室?guī)缀跞w師生均投入相應內容的討論、整理和撰寫，不完全列舉如下：王倩、盛磊、饒偉、何志祝、桂林、高猛、鄧中山等；博士后：梁書婷、湯劍波、王磊（大）、馬榮超、王磊（�。⒂谟罎�、衣麗婷、路金蓉、胡靚、崔云濤、劉福軍、楊利香等；博士生：楊小虎、袁彬、譚思聰、丁玉杰、趙曦、徐碩、張倫嘉、葉子、周旭艷、王榮航、陳森、汪鴻章、王雪林、國瑞、袁博、田露、王榮航、孫旭陽、郭藏燃等；碩士生：張仁昌、王康、梅生福、桂晗、趙正男等。本書部分研究得到中國科學院院長基金、中國科學院前沿計劃及國家自然科學重點基金資助（No.91748206）。在此謹一并致謝！

限于時間，加之作者水平有限，本書不足和掛一漏萬之處，懇請讀者批評指正。

劉靜2018年6月

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