小機(jī)器人從固態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)，在磁場的引導(dǎo)下穿過“牢籠”，并通過放置在欄桿外的模具重新凝固，成功“越獄”。
這種科幻電影《終結(jié)者》中的情節(jié)，出現(xiàn)在中美科學(xué)家聯(lián)合提出的“磁控固-液相變材料”的實(shí)驗(yàn)中。該研究由中山大學(xué)廣東省傳感技術(shù)與生物醫(yī)療儀器重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、浙江大學(xué)流體動(dòng)力與機(jī)電系統(tǒng)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和卡內(nèi)基梅隆大學(xué)軟體機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室合作完成。相關(guān)研究論文日前發(fā)表于國際期刊《物質(zhì)》。
相變，指物質(zhì)從一種狀態(tài)到另一種狀態(tài)的轉(zhuǎn)變。相變材料則指可以發(fā)生固液氣三種狀態(tài)切換的材料。論文通訊作者之一，中山大學(xué)教授蔣樂倫告訴記者，相變材料按照化學(xué)組分，可以分為使用金屬合金、無機(jī)鹽等無機(jī)物的無機(jī)相變材料，使用石蠟、多元醇等有機(jī)物的有機(jī)相變材料和復(fù)合相變材料。由于相變材料在發(fā)生相變時(shí)，會(huì)吸收或者釋放大量能量，因此相變材料的典型應(yīng)用是儲能。
“相變材料主要利用潛熱儲能，具有儲熱密度大，蓄熱裝置結(jié)構(gòu)緊湊，相變過程中自身溫度基本不變，易于管理等特性。其應(yīng)用場景包括太陽能儲能系統(tǒng)、空調(diào)儲冷系統(tǒng)等。”蔣樂倫說。
相變材料的另一應(yīng)用是傳熱。“熱管可以利用內(nèi)部工質(zhì)，如水、酒精等，實(shí)現(xiàn)從液到氣之間的可逆相變。在此過程中，熱管會(huì)吸收和釋放大量的熱量，成為高效傳熱的元件。目前，熱管已經(jīng)廣泛應(yīng)用于筆記本CPU散熱，高功率電子元器件散熱等領(lǐng)域。”蔣樂倫說。
“我們提出磁控固-液相變材料，主要的靈感來源是電影《終結(jié)者》與動(dòng)物海參。”蔣樂倫說，“《終結(jié)者》中的液態(tài)金屬機(jī)器人的手，可以在固液切換后，變成一把刀。同時(shí)，機(jī)器人還可以變成液態(tài)后越獄。海參也非常有趣，可以通過改變富含蛋白的原纖維間基質(zhì)的硬度，來改變體壁外形。”
為了充分利用液態(tài)金屬在特定條件下固-液切換的特性，研究團(tuán)隊(duì)將磁性顆粒，如釹鐵硼、Fe_3O_4等混合融入液態(tài)金屬——鎵中。通過高頻的磁場加熱，該液態(tài)金屬會(huì)由原先的固態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)。在其轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)后，研究團(tuán)隊(duì)可以通過半導(dǎo)體制冷（珀耳帖效應(yīng)）或者自然冷卻對其進(jìn)行降溫，從而使之由液態(tài)變?yōu)楣虘B(tài)。
“未來幾年，在磁控固-液相變材料方面，我們會(huì)進(jìn)一步開展安全性試驗(yàn)，同時(shí)還會(huì)結(jié)合圖像導(dǎo)航技術(shù)，實(shí)現(xiàn)磁控固-液相變機(jī)器人及其集群在體內(nèi)的可控、可視操控和釋藥，讓研究成果進(jìn)一步走向臨床。”蔣樂倫說。
