科创中国

云南省科协第十届学术年会

《曲靖市稀贵及液态金属调研报告》

云南省机械工程学会

编写：聂川滨  句红兵  张东方

2022年8月

曲靖市稀贵及液态金属调研报告

液态金属的突破性研发起始于中科院，规模化工业则形成于云南曲靖。曲靖作为液态金属全新工业的策源地，在带动新兴行业快速发展的过程中做出了引领性贡献，曲靖的液态金属产业发展走在全国乃至全球前列。

依托于云南省新材料产业：到2025年规模达到千亿级

目   录

第一章　液态金属产业现状 1

1.1液态金属基本含义 1

1.2液态金属主要性能特征 2

1.3液态金属主要应用场景 2

1.4国内外液态金属产业发展现状 3

第二章　曲靖市液态金属产业现状及问题 13

2.1 曲靖市液态金属产业发展现状 13

2.2 曲靖市液态金属产业发展存在的主要问题 15

第三章　液态金属材料前沿应用 17

3.1液态金属先进热控与能源技术 17

3.2液态金属印刷电子与3D打印 18

3.3液态金属生物医学与健康技术 20

3.4液态金属柔性智能机器人 22

第四章　曲靖市液态金属发展对策建议 26

4.1以筑巢引凤为抓手，引进孵化企业 26

4.2以标准制定为抓手，确保领先地位 27

4.3以技术研发为抓手，做强产业实力 29

4.4以人才培养为抓手，提升发展后劲 35

第一章　液态金属产业现状

1.1液态金属基本含义

液态金属是指一种不定型金属，液态金属可看作由正离子流体和自由电子气组成的混合物。广义的液态金属可称定为非晶合金，是兼备玻璃、金属、固体和液体特性的新型金属材料。由于不存在错位、层错、晶界等缺陷，非晶合金表现出特殊的力学特性，其抗弯强度、抗拉强度、弹性形变等均优于常用材料。狭义的液态金属一般是指不定型、可流动液体的金属。

单质中只钫（Fr)、铯(Cs ）、铷(Rb）、汞(Hg)和嫁(Ga)例外，熔点分别为27℃, 28.44 ℃, 39.31℃、-38.83 ℃, 29.78 ℃。它们的熔点低于或接近室温，这使它们在室温下保持液态。不过，铯具有放射性，钫、铷不稳定，汞(Hg)具有毒性，这些都限制了它们的应用，而镓不仅熔点低沸点也高达2403℃，是己知液相区最宽的金属单质，并且镓还具有低得多的毒性和较低的蒸气压，因为钫、铯、铷、汞不稳定或有毒，无实用性，狭义的液态金属一般是指镓及其合金。

1.2液态金属主要性能特征

液态金属可看作由正离子流体和自由电子气组成的混合物。因其兼顾金属和液体的特性，使其具有可在不同形态和运动模式之间转换的普适变形能力。依据于电场控制，液态金属极易实现高速的自旋运动，并在周围水体中诱发出同样处于快速旋转状态下的漩涡对。

非晶合金液态金属由于不存在错位、层错、晶界等缺陷，非晶合金表现出特殊的力学特性，其抗弯强度、抗拉强度、弹性形变等均优于常用材料。东莞宜安科技股份有限公司(300328.SZ)给出的数据是，液态金属的强度超过常规铝镁合金的5倍、7系铝的5倍、不锈钢的3倍、钛合金的2倍。

1.3液态金属主要应用场景

液态金属的目前已经应用的案例有：轴承、铰链、SIM 卡托/SIM 卡针、夹具、高尔夫杆头、钟表结构件等，由于全球供应商太少，还没能形成大规模应用。消费电子之后，液态金属将在军工、工业、机器人、医疗、环保、航空等领域相继发力，前景不可限量。

液态金属因优越材料性能，Swatch、Omega 等手表高端品牌自2009 年开始在其产品中使用到液态金属。表内的数字和刻度由液态金属制成，它的无定形结构使其能够完美地附着于陶瓷表圈上，不会产生丝毫的缝隙。锆Zr 是液态金属合金的重要组成元素，也是二氧化锆(ZrO2)陶瓷材质的重要元素。因为两种材质的优异硬度，使得表圈完美滑顺，同时能够抵抗磨损与腐蚀。

在消费电子领域，液态金属最初为大家熟知的是苹果将其用作SIM 取卡针，因其高硬度、抗腐蚀、高耐磨等性能远超普通金属。国内的OPPO、Vivo、华为等公司的部分终端已经使用液态金属材质的SIM 卡托槽、转轴。

消费电子之外，未来液态金属在大块成型、提高非结晶度比率等技术将进一步提升，作为一种全新材料，液态金属的应用范围异常广阔。理论上，任何对强度、硬度、耐磨耐辐射、绝缘、高弹性等领域的复杂结构件都能利用液态金属替代，因此军工/工业/机器人/医疗/环保/航空等行业都将找到液态金属大量的应用场景。

液态金属技术可以使受损的金属有可能进行大面积的自我修复。其愈合受损神经组织的能力也开始受到关注。有研究称，金属在人体内可保持人体常温，液态金属能应用于医学手术。这项创新技术未来或可用于修复人类神经组织，造福病人。

1.4国内外液态金属产业发展现状

“一类新材料开辟一个新时代”，新材料是高新技术发展的基石，是当前世界科技和技术发展的核心驱动力，是实现国民经济的可持续发展，促进国防现代化和增强综合国力的重要保障。2017年1月23日，工信部、发改委、科技部、财政部联合制定《新材料产业发展指南》。《指南》提出，“十三五”要深入推进供给侧结构性改革，坚持需求牵引和战略导向，推进材料先行、产用结合，以满足传统产业转型升级、战略性新兴产业发展和重大技术装备急需为主攻方向，着力构建以企业为主体、以高校和科研机构为支撑、军民深度融合、产学研用协同促进的新材料产业体系，着力突破一批新材料品种、关键工艺技术与专用装备，不断提升新材料产业国际竞争力。

液态金属是一类新兴材料，其组分庞杂，结构特殊，表现出诸多不同于传统金属材料的物化特性，得到各个产业领域的高度关注。但液态金属材料体系认识和研究起步较晚，目前主要为镓基合金，铋基合金和铟基合金三个大类，合金元素涉及到Ga、In、Bi、Sn、Zn等众多元素，具有材料体系复杂、学科交叉、用途广泛、性能差异大等特点。目前商业化的仅有以EGaIn合金（Ga78.6In 21.4，熔点为15.5℃），Galinstan合金（Ga68.5In21.5Sn10.0，熔点为19℃）为代表的几类产品，严重缺乏物化性能指标等关键性数据，产业应用领域尚未形成制备、表征及产业规范和技术标准的完整体系，严重阻碍了液态金属新产品的研发和市场推广。

液态金属中铷广泛应用于天文导航系统、物理学、原子核物理、天文及天体物理学、记录紫外线和光谱分析等方面。铯主要用于制造光电管、摄谱仪、闪烁计数器、军用红外信号灯、铯原子钟等方面。金属汞及其化合物被广泛应用于化学、医药、冶金、电器仪器、军事及其他精密高新科技领域，汞主要被用于制造科学测量仪器(如气压计、温度计等)、电子电器产品，化学药物、催化剂、汞蒸汽灯、电极、雷汞等。金属镓的消费领域包含半导体和光电材料、太阳能电池、低熔点合金、医疗器械、磁性资料等，其中半导体行业已成为镓最大的消费领域。目前我国金属铷的产量约数十千克，金属铯的产量约数十千克，金属镓的产量300多吨，汞的产量2000多吨。

液态金属研究的重要领域是镓、铟类合金，以镓、铟为基础材料，再配以其他的功能材料。国内目前主要以中科院、清华大学刘静老师的团队在推进，产业化工作大多还是由科技公司在进行，如北京梦之墨科技有限公司、云南中宣液态金属有限公司、云南科威液态金属有限公司等，并形成了一定的产业规模。中国科学技术大学、美国卡内基梅隆大学等多家研究机构也在研究镓基液态金属新的应用领域。

2017年液态金属材料被收录进工信部、财政部和保监会共同组织编制的《重点新材料首批次应用示范指导目录(2017年版)》，其中液态金属被列为重点新材料。2018年10月国家统计局第15次常务会议通过的《战略性新兴产业分类(2018)》目录中，也将液态金属制造项目收入其中。国家出台了多项支持液态金属产业化的政策，持续进行液态金属新材料的制备工艺研发及产业化应用示范，加快液态金属科技成果的产业化。

低熔点液态金属是近十年来才引起全球关注的新材料领域，尤其是低熔点液态金属所表现出异于传统材料的非传统特性，尤其是作为新一代功能材料在信息、能源、电子、先进制造、生命健康以及柔性智能机器等技术领域的突破性进展，促使国内外研究者对低熔点液态金属的科学现象，制备工艺，基础理论，应用拓展等方面展开了广泛的研究，使其成为国内外瞩目的新兴战略科技前沿和热点，可望成为发展一系列颠覆性技术的重要引擎。

以德国、美国等为代表的欧美科技强国为抢占液态金属这一科技战略高地，正陆续开展研究部署并投入大量人力物力。2012年8月前后，欧美两大阵营相继启动巨额经费支持相应研究，如德国德累斯顿罗森多夫研究中心、卡尔斯鲁厄理工学院以及亥姆霍兹研究中心联合成立了液态金属研究联盟，其团队运行经费也高达2000万欧元。几乎在同时，美国顶尖大学如加州大学洛杉矶分校、伯克利分校、耶鲁大学等也启动了液态金属项目。在液态金属芯片冷却技术领域，美国Nanocoolers公司在落后于中国科学家团队的情况下，曾分别向美国和中国提交了相同的专利申请，并随后获得超过2000万美元的资金投入。丹麦Danamics公司也从液态金属散热着手获得了大量风险投资，并推出了已市场化的CPU液态金属散热器；德国Coollaboratory公司基于液态金属开发的导热膏热界面材料，已形成市场销售产品。美国NASA在2014年将液态金属冷却列为十大前沿方向之一。

2008年前后，清华/中科院理化所刘静教授团队提出了在北京市中关村地区创建中国“液态金属谷”的构想，但推进时机和条件尚不成熟。数年后这一构想在云南省得到实质性推动。2013年，在云南省各级党委政府和社会各界的支持下，中国科学院理化技术研究所实施技术转化的液态金属热界面材料、电子手写笔等项目落地云南省宣威市，启动了产业化进程。2014年，液态金属作为云南省“科技入滇”重点签约项目在云南宣威成功落地。2016年，“液态金属谷”建设成果入选云南省十大科技进展，被誉为揭开了液态金属前沿技术的神秘面纱。至此，中国“液态金属谷”的构想和倡议从理想变为现实。

中国科学家团队是世界范围内液态金属领域的先行者和倡导者。中科院理化技术研究所刘静教授及其带领的团队经过十多年的努力，对这一正在兴起的重大科技前沿和全新工业体系的创建做出了系统的开创性贡献。国家也予以了高度的重视和关注，2017年1月23日，发改委、工信部、科技部、财政部联合制定的《新材料产业发展指南》将液态金属列为新材料产业的重点扶持方向之一。2017年6月，液态金属被列入工信部编制的《重点新材料首批次应用示范指导目录》。

国内外研究者以Ga、In、Bi作为基体材料，采用合金化，氧化，添加金属或非金属材料等制备方法，制备了系列低熔点液态金属材料体系，并对其导热，导电，粘度，流动性、塑性、抗腐蚀性能等物化性能指标进行了深入的研究，发现了其在电场、磁场作用下调控变形行为等特异现象，开创了一系列重大科技与产业前沿。以低熔点液态金属为基础开发的液态金属冷却技术，可作为解决高热通量电子器件散热的有效手段，如电脑芯片，CPU，移动电子设备，以及高功率LED灯，也可作为低品位热源收集器，也可作为加热元件与冷却系统之间的热界面材料，已经在商业中使用。改性后的功能液态金属材料具有良好的润湿性和较高的电导率，可用于制备印刷电子器件。和传统的PCB制备方法相比较，可简化制备工艺流程，提高生产效率。尤其是开发出来的液态金属打印机可在不同基材的平面或曲面实现电子线路的构建并实现喷墨快速打印。采用熔点低于300℃的液态金属进行3D打印可简化增材加工工艺难度和降低制造成本。利用低熔点液态金属的良好生物相容性，可作为柔性生物电子材料、靶向药物输运、造影剂、骨骼替代材料和神经修复材料，在医疗生物科技有着巨大的应用前景。同时将液态金属用柔软材料包裹形成胶囊形成软导体，具有高导电性，高可拉伸性和可配置性。可制备天线，RFID标签，电容，电感，温度测量电路，无线能量传输电路，声学设备，应力传感器，以及曲面传感器。另外研究者发现液态金属在外电场和磁场作用变形行为，可控制材料的自转以及平面移动，同时还发现液态金属在化学和电学综合控制机制下可实现大变形，这为柔性机械设计与制造开辟了一个新的领域。同时近期研究还发现液态金属在X射线防护和催化剂有着特殊的效应。液态金属产业化近年来国内发展迅速，已孵化了一系列在世界上处于领先地位或填补空白性的液态金属高新科技企业，拥有液态金属散热首项底层专利以及大量扩展技术，系列产品已批量进入市场，其中云南中宣液态金属科技有限公司建成世界首套液态金属电子手写笔、电子油墨生产线，以及国内首创液态金属导热片、导热膏生产线。

非晶合金液态金属是一种神奇的材料，是金属材料中的新贵，有很多特点。是金属领域不可多得的高利润产品。未来可能会逐步替代现有材料，生产出突破性的产品，具有很大的发展空间。二级市场液态金属概念股龙头得益于苹果，下一代新产品的应用，受到市场高度关注，爆发力强，前景无限。

广东生益科技股份有限公司（600183.SH）与中国中科院研究团队在研发开发了用液态金属直接印刷电子电路的技术液态金属是“墨水”，印刷时可以变成电路。公司通过研发，六年与上游创业公司合作开发电子墨水，将直接受益于液态金属产业的发展液态金属直接印刷电子电路的技术为电子元器件的个性化制造创造了条件。

安泰科技股份有限公司(000969.SZ)该公司是世界上两家能够生产非晶带材的公司之一。安泰科技非晶制品公司非晶微晶合金国家工程技术研究中心已启动万吨级非晶带材及制品项目。2010年二期工程建成后，已实现年产铁基非晶带材4万吨。

东莞宜安科技股份有限公司(300328.SZ)2018年8月13日晚公告，公司与中国汽车零部件工业有限公司签订《战略合作框架协议》。双方将以汽车转向系统、中控系统、纯电动汽车核心三电系统为主要产品，共同开拓市场，在部分汽车结构件上寻找合作伙伴进行突破性研发。同时，双方将加强独立于宜安科技的研发，新材料液态金属在新技术方面的合作和应用。

2018年7月10日，东莞宜安科技股份有限公司在互动平台表示，公司一直在寻找和支持液态金属的合作伙伴，公司与河南中岳非晶体的产业战略合作，以及公司与液态金属有限公司共同成立的全球最大的压铸机公司深圳市的子公司香港力劲的安科，子公司力安液态金属设备有限公司，在布局产业。作为业内早期的液态金属研发，该公司拥有全球最大的锆基非晶合金生产线。它是世界上唯一一家通过精炼材料、模具制造、精密加工、表面处理和生产非晶合金设备的制造能力将液态金属应用于汽车工业的企业。

2017年5月，东莞宜安科技股份有限公司接受机构调查称，公司生产的液态金属汽车门锁已成功应用于特斯拉新能源汽车。

2016年12月14日，美国液态金属公司(以下简称LQMT)实际控制人李扬德，当选为美国液态金属公司CEO。据介绍，LQMT作为全球最早从事非晶产业的企业，是全球最顶尖的大块非晶金属研发及商业企业，拥有全球最核心、最全面的大块非晶金属相关知识产权。也是美国苹果公司在大块非晶金属材料及技术方面的依托单位。

南京云海特种金属股份有限公司(002182.SZ)公司专业从事合金材料的研发，生产加工，在镁合金等基础材料领域拥有领先的研发及生产能力，是国内最大的镁合金生产基地。研发的镁铝液态金属主要针对3C电子产品，可以大大提高材料性能。主要方向是材料和成型技术。公司在建的“高强度镁合金及其变形制品项目”已列入2014年国家工信部产业强基计划，并获得国家财政支持。项目面向高端装备制造领域公司与宜安科技，签署投资合作协议，拟共同投资5亿元在安徽巢湖，建设轻合金精密压铸生产基地项目。

广东东方锆业科技股份有限公司(002167.SZ)液态金属的原材料之一是海绵锆，该公司是中国唯一拥有独立知识产权的海绵锆制造商。目前公司为耐磨领域的液态金属制造提供原材料。

全球非晶合金液态金属市场的发展空间约为300亿美元，液态金属手机框架的市场规模预计将达到50亿美元。目前，能够制备这种高质量薄带液态金属材料的企业并不多，主要有中国东莞宜安科技股份有限公司和安泰科技股份有限公司、日本的日立金属株式会社等企业，无法承受巨大的市场需求。因此，这种材料是目前金属领域利润增长空间较高的稀有产品。

云南作为中国液态金属产业的策源地做出了很大的贡献。至今，云南省依然是国内液态金属行业中的先行者，但后来者追赶的脚步也越来越迫近，尤其是像北京、西安、杭州、合肥这些工业基础、创新动力、科教资源等综合实力较强的地区，近年来已先后加大对液态金属材料的投入，上马了多项重大科研攻关项目，在若干领域取得了突破。因此，如何在“十四五”期间维护液态金属领域既有的先发优势，挖掘液态金属产业新的增长动力，已成为云南省液态金属产业发展的当务之急。

稿件来源：云南省机械工程学会