轻质铋基液态金属复合材料

《Small》：Lightweight Bismuth-Based Liquid Metal Composite

Bi基液态金属因密度高限制其应用，本研究通过添加空心玻璃微珠开发轻质复合材料，密度降低超50%，同时保持导电、热性能和机械强度，微结构增强塑性，有限元分析揭示了微观结构对性能的影响，应用在骨水泥、可穿戴设备涂层和形状记忆材料中。

　　

摘要

基于铋（Bi）的液态金属在常温条件下具有稳定的固态，并且在相对较低的温度下能够实现高效的固液转变，这使得与传统室温液态金属相比，其封装更加简单，修改也更加容易。然而，它们较高的密度在重量敏感的应用领域（如可穿戴设备、生物医学植入物或机器人系统）中存在局限性。为了解决这一挑战，研究人员将中空玻璃微球引入基于铋的液态金属合金中，开发出一种轻质液态金属复合材料（BLMC）。这种复合材料不仅密度降低了50%以上，还保持了优异的导电性、热性能和机械强度。嵌入的微球还赋予了材料颗粒状微观结构，显著提高了材料的塑性，并在使用作为填充物或涂层时改善了结构支撑和刚度调节性能。实际应用案例表明，BLMC可作为可注射骨水泥、可穿戴设备涂层以及热响应形状记忆材料。此外，有限元建模有助于理解微球与合金之间的微观相互作用，阐明了复合材料内部的应力分布和热传递特性。总体而言，这项工作为扩展基于铋的液态金属的应用范围奠定了基础，为开发适用于可穿戴和智能材料系统的轻质多功能合金开辟了道路。

利益冲突

作者声明没有利益冲突。

数据可用性声明

本研究的数据可在合理请求下从相应作者处获得。