液态金属展现强大胞吞效应吞噬外界颗粒

以往的实验已表明，液态金属表面很容易受到外来颗粒物质和力场的影响［16］，继而诱发出独特的流动行为。那么，液态金属能否吞并外界颗粒物质而为己用呢？研究证实了这一想法。笔者实验室Tang等［17］首次发现了常温液态金属如镓基合金液滴，可在外加电场激励下吞噬微/纳尺度金属颗粒的现象。在题为“液态金属吞噬效应：金属间润湿触发的颗粒内化”的论文中，研究人员发现，金属液滴可在溶液环境中借助电场或化学物质的激励作用将周围颗粒吞入体内，如同细胞生物学界的胞吞效应（图5.11），效率极高，这一发现也因此开辟了一条构筑高性能纳米金属流体材料的快捷途径。

图5.11　液态金属胞吞效应原理及可吞噬的代表性金属颗粒

胞吞效应是生物界演化出的一种细胞吞噬外界颗粒的基本行为，普遍存在于从单细胞生物到各种高等生物体系中。比如，变形虫可通过胞吞作用来获取营养物质，而高等生物则依靠巨噬细胞的吞噬作用来清理细胞残骸。Tang等的研究揭示出［17］，与外来物跨越细胞膜类似的是，颗粒进入液态金属内部的先决条件是必须克服存在于固/液两种金属相界面上的氧化膜的阻碍。对此，Tang等［17］提出了三类激励机制以实现液态金属的胞吞作用，即：电阴极极化、辅助金属物极化及化学物质触发（图5.12），分别揭示了在酸性、碱性和中性溶液环境中实现液态金属胞吞作用的规律。其中，通过外加电场产生阴极极化的方法具有快捷可控、易于操作等优点，因此更具普适性。进一步研究还发现，支配液态金属胞吞现象的机制在于固/液两金属相之间的润湿作用，研究人员为此建立了旨在定量刻画固/液两金属相之间接触关系普遍规律的理论模型，较好地解释了实验结果，并估算出不同材料颗粒胞吞作用的能垒，进一步预测了有关颗粒材料的吞噬作用能否自发进行。文章同时还指出，金属间的反应性润湿是胞吞作用得以推进的另一关键因素。(www.xing528.com)

图5.12　溶液中实现液态金属吞噬颗粒效应的三类典型方法［17］

a.酸溶液触发；b.碱溶液辅以电场极化触发；c.碱溶液辅以铝箔触发。

液态金属系列吞噬效应的发现，展示出了十分丰富的科学内涵，同时对于规模化制备超级液态物质，如极高导热率界面材料、高导电性电子墨水以及强磁性液态金属等，尤具实际价值。一方面，该发现使得不同金属颗粒得以高效分散加载到液态金属相中去，由此可以按照设计需求来人为增强或改善液态金属的某些物理化学特性；另一方面，该效应也使得液态金属可通过结合特定微/纳米颗粒来获得全新属性。