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1.3 纳米液态金属材料简介与分类

纳米液态金属材料的物理化学特性逐步受到关注 [56] 。当将宏观液态金属分散成纳米液态金属颗粒时,其物理和化学特征会产生显著差异。与宏观液态金属相比,纳米液态金属表现出更高的颗粒融合势垒,有效地降低了宏观液态金属的表面张力,可对微环境或外场产生灵活的刺激响应,在微观尺度上更易实现材料结构及功能的定向设计。

1.3.1 组成分类

从组成成分划分,纳米液态金属材料可分为镓基纳米液态金属材料、铋基纳米液态金属材料与纳米液态金属复合材料。

镓基纳米液态金属材料主要指以Ga单质或镓合金及镓氧化物组成的纳米液态金属材料,此外还包括镓基金属与其他金属材料[如Cu、Fe、镍(Ni)、钴(Co)、Ag、钨(W)等及其金属氧化物]复合的纳米材料。

铋基纳米液态金属材料主要指以Bi单质或铋合金及铋氧化物组成的纳米液态金属材料,此外还包括铋基金属与其他金属材料(如Cu、Fe、Ni、Co、Ag、W等及其金属氧化物)复合的纳米材料。

纳米液态金属复合材料是指由液态金属材料及匹配的金属物质与非金属材料在纳米尺度上杂合而形成的纳米材料。根据掺杂材料种类主要分为三类:

(1)液态金属-有机材料复合:有机材料包括有机小分子和有机高分子(聚合物)等。

(2)液态金属-碳基材料复合:碳材料包含碳纤维、石墨烯、富勒烯、碳纳米管等碳基材料。

(3)液态金属-硅基材料复合:硅材料包含二氧化硅(SiO 2 )、硅酸盐、氮化硅(Si 3 N 4 )等硅基材料。

1.3.2 结构分类

从结构上来看,纳米液态金属颗粒有壳核结构、实心结构与中空结构(图1-3)等。

图1-3 纳米液态金属颗粒典型结构

(a)壳核结构 [57] ;(b)实心结构 [58] ;(c)中空结构 [59]

壳核结构一般是以液态金属作为核,另一种材料(高分子、碳材料、无机氧化物、液态金属氧化物等)在液态金属颗粒表面通过化学键或者物理作用力(吸附、静电等)将其包裹起来具有纳米尺度的组装结构。

实心结构是指包覆材料[如二氧化锆(ZrO 2 )等]与液态金属均匀混合,形成实心体结构。

中空结构是指液态金属与包覆材料形成的内部有一定“空间”的纳米结构。

1.3.3 形状分类

目前,根据已报道的研究,纳米液态金属颗粒典型的形状有球形 [60] 、棒状 [61] 、米状 [62] 、阴阳球状 [63] 、针状 [64] 等。通过调整液态金属与表面修饰物的化学组成,可以制备不同形貌和尺寸的纳米液态金属颗粒,从而调整颗粒性能,并拓展颗粒的应用范围。具体请参见1.4.1节。 weIDX9tfT4t3w8yTUr19C9ldGlgraYIO5mWwumqSrsGFsX/pbUe2NQipcyZOcC35

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