液态金属的特点与材料特征分析

液态金属是一大类有着特殊结构的金属材料，相态介于气态和固态之间，从结构和性质上来说更接近于固态金属，且种类和功能正在快速增加［30］。表2.2列出了镓、铟、锡三种金属的熔化潜热和汽化潜热。以镓为例，其汽化潜热是熔化潜热的45.4倍，相当于将固态原子完全变为气态所需的能量是将固态原子完全变为液态的45.4倍，所以金属熔化对原子间结合键的破坏并不大。液体可以看作是由许多原子集团所组成，在原子集团内仍保持固体的排列特征，原子间依然存在较强的结合能，而在原子集团之间的结合力则受到很大破坏［31］，我们把这种排列特征称之为短程有序排列（short range order）［32］。图2.1为不同温度下液态金属原子排列的示意图。这样的结构特征决定了液态金属拥有一般液体和金属的双重性质，即：

（1）固定的体积；

（2）具备常规液体所拥有的流动性；

（3）物理化学性质包括密度、热导率、电导率［33］等接近于固体，而远离气体。

表2.2　镓、铟、锡金属熔化潜热与汽化潜热的对比(www.xing528.com)

图2.1　不同温度下液态金属的结构示意［34］

若不作特别强调，本章乃至全书所介绍的用于3D打印的液态金属墨水都是指熔点低于300℃、在常温下打印时呈现液体状态的低熔点金属，其中熔点低于室温的金属为室温液态金属。由于这类金属墨水很容易熔化，因而易对其性质加以调控并由此探索出合适的增材制造技术。而且，由低熔点金属特性研究中获得的规律，可以经过一定修正外推至不易熔化的高熔点金属，这对于发展高熔点金属增材制造技术也会起到有益的指导作用。