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基于液态金属纳米颗粒的柔性超导电路
相信每个科技爱好者都对电影《终结者2》中的机器人T1000印象深刻，在电影中T1000由一种特殊液态金属材料构成，它可以在固态和液态之间随意转换，当它受伤或中弹之后，会像液体那样自动恢复，可以随时改变自己的形状和容貌，甚至将身体局部瞬间变形为尖锐的攻击利器。
虽然用液态金属制造T1000一样的机器人还很遥远，但是关于液态金属的研究已经屡见报道。由于其特殊的结构和较低的熔点，液态金属有着其他金属所不具备的诸多特性。其应用主要包括一次浇筑成型、柔性电子器件和自驱动马达等。最近澳大利亚伍伦贡大学超导与电子材料研究所的科学家通过进一步探索，发现镓基液体金属的另外一个令人惊喜的特性-超导。
一直以来，对于现今发现的大部分超导材料来说，都有着易碎不利于精细加工的短板，这导致研究者们无法把超导材料很好的应用于微纳器件中，也无法有效的实现真正的超导小型器件甚至柔性器件。澳大利亚伍伦贡大学(University of Wollongong)超导与电子材料研究所在窦士学院士的带领下，致力于发现新型超导材料并极力推进超导材料的实用化。最近，在该研究所徐迅研究员、杜轶研究员的探索和努力下，并与北京航空航天大学江雷院士合作下，通过调节镓基液体金属的成分比例，成功得到了超导转变温度稳定于6.6K的超导材料，这一超导温度高于液氦温度（4.2 K）。而该液体金属的熔点低于室温，利用该特性，研究者们希望将液体金属进一步纳米化以便于印刷和制备电路。
在尝试多种手段之后，研究者最终找到有效的纳米化液体金属的方法，并制备出了尺寸均一的纳米颗粒，令人兴奋的是，这些纳米颗粒依旧维持与块体液体金属一致的超导特性。将其有效分散于各种水性或有机分散剂中，便得到了可直接用于喷墨打印的超导纳米颗粒油墨，可以直接打印和刻蚀出指定形状和尺寸的微纳电路，这些微纳电路不仅有着优异的机械柔性，而且在超导转变温度以下有着电阻为零的神奇超导特性。高于液氦温度的超导液体金属及其超导纳米油墨的实现，不仅揭示出液体金属材料另一非常重要的特性，而且将极大的推动超导实用化进程，研究者们预期这一成果可直接用于开发微型核磁共振仪、微纳超导线圈以及可穿戴柔性超导电子器件等应用上。这一突破将为超导器件小型化以及柔性超导器件的应用提供重要而直接的科学基础和技术指导，或将开辟超导应用的新格局。
这一成果近期发表在《Advanced Functional Materials》上，文章的第一作者是澳大利亚伍伦贡大学博士研究生任龙和庄金呈。
该论文作者为：Long Ren, Jincheng Zhuang, Gilberto Casillas, Haifeng Feng, Yuqing Liu, Xun Xu, Yundan Liu, Jun Chen, Yi Du, Lei Jiang, Shi Xue Dou
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Nanodroplets for Stretchable Superconducting Circuits
Adv. Funct. Mater., 2016, 26, 8111-8118, DOI: 10.1002/adfm.201603427
科研思路分析
Q：这项研究的最初目的是什么？或者说想法是怎么产生的？
A：超导材料一直是我们伍伦贡大学(University of Wollongong)超导与电子材料研究所研究方向之一，我们一直致力于发现新型超导材料并极力推进超导材料的实用化。对于现今发现的大部分超导材料来说，都有着易碎不利于精细加工的短板，虽然这些材料可以用于制备大型的超导线材中，但我们无法把超导材料很好的应用于微纳器件中，也无法有效的实现真正的超导小型器件甚至柔性器件。我们的研究目的就是想扩宽超导在电子器件，特别是微型，柔性电子器件中的应用，解决和弥补传统超导材料不易于精细加工的缺点。
Q：在研究中过程中遇到的最大挑战在哪里？
A：本项研究中最大的挑战是如何调控液体金属的比例，使得其不仅保持液态特性，且易于分散，能够打印成微电路。而且还要保证其超导使用温度至少高于液氦温度，方能实现真正意义上的可打印的超导微型电路。
Q：本项研究成果最有可能的重要应用有哪些？哪些领域的企业或研究机构最有可能从本项成果中获得帮助？
A：该成果将极大的推动超导实用化进程，可直接用于开发微型核磁共振仪、微纳超导线圈以及可穿戴柔性超导电子器件等应用上。我们相信，通过后期更深入研究，可在该工作基础上将超导使用温度进一步提高，对超导材料产业化起到更大的积极作用。而对于广大的电子器件研发机构来说，将超导特性引入其产品中，将会极大的提高相关产品的效率。