|
|
|
本書基於作者團隊十多年來在納米液態金屬材料學領域的研究成果，系統總結微納米液態金屬材料的各種物理化學性質，深入闡述當前存在的多種用於製備微納米液態金屬材料的實驗手段，著重解讀這種新穎的微納米功能材料在生物醫學、柔性電子、熱管理和柔性馬達領域的前沿應用，探討當前液態金屬微納米材料所面臨的挑戰並展望液態金屬微納米材料的未來前景。全書注重介紹納米液態金屬材料最為基礎的科學屬性、典型效應及相關突破性應用，可供納米技術、生物、醫學、機械、電子、器件、材料、物理、化學及設計等領域的研究人員、工程師以及大專院校有關專業師生參考。
饒偉
中國科學院理化技術研究所研究員。長期從事液態金屬、低溫生物醫學與微納米技術等方面交叉科學問題研究。自2016年回國以來，先後承擔國家自然科學基金、科技部重點研發計畫、北京市科委重大專項、科技委課題等10余項。已發表期刊論文近100篇，其中發表SCI論文50餘篇，平均影響因數>8，有10余篇通訊作者論文被選為封面故事。合作出版國內外首部《優選低成本醫療技術》專著。孫旭陽，北京航空航太大學生物醫學科學與工程學院副教授。
長期從事液態金屬、生物材料、低溫生物醫學、柔性電子及腫瘤治療方面的研究，發表SCI論文30餘篇，部分被選為期刊封面故事，主持有液態金屬主題方面的國家自然科學基金等專案。劉靜，中國科學院理化技術研究所研究員、清華大學生物醫學工程系教授。長期從事液態金屬、生物醫學工程與工程熱物理等領域交叉科學問題研究並做出系列開創性貢獻。特別是在液態金屬領域取得了突破性發現和應用，成果在世界範圍產生廣泛影響。出版14部著作，發表論文480餘篇（30余篇英文封面或封底故事）；申報發明專利200余項，已獲授權130余項。曾獲國際傳熱界優選獎之一“The William Begell Medal”、全國首屆創新爭先獎、中國製冷學會技術發明一等獎、ASME會刊Journal of Electronic Packaging年度專享很好論文獎等。
第1章 概要1
1.1引言1
1.2低熔點液態金屬簡介2
1.2.1低熔點液態金屬的分類2
1.2.2鎵基液態金屬4
1.2.3鉍基低熔點金屬5
1.3納米液態金屬材料簡介與分類7
1.3.1組成分類7
1.3.2結構分類8
1.3.3形狀分類9
1.4納米液態金屬材料的物理化學特性9
1.4.1形貌9
1.4.2氧化性質11
1.4.3電學性質12
1.4.4熱學性質14
1.5納米液態金屬獨特的可變形特性15
1.6納米液態金屬製造問題18
1.7納米液態金屬材料的應用領域19
1.7.1生物醫學21
1.7.2柔性電子22
1.7.3能源熱控23
1.7.4微納馬達23
1.7.5其他領域24
1.8納米液態金屬材料的生物安全性25
1.9未來展望27
1.10小結28
參考文獻28
第2章 納米液態金屬材料製備與表面修飾37
2.1引言37
2.2納米液態金屬材料的製備方法38
2.2.1範本法38
2.2.2流體噴射法38
2.2.3微流控制備方法41
2.2.4機械剪切法43
2.2.5超聲製備方法44
2.2.6物理氣相沉積法46
2.3液態金屬顆粒的表面修飾47
2.3.1有機化合物修飾49
2.3.2碳基材料修飾53
2.3.3無機氧化物修飾63
2.4納米液態金屬常用表徵方法64
2.4.1掃描電子顯微鏡表徵65
2.4.2透射電子顯微鏡表徵65
2.4.3X射線衍射表徵65
2.4.4X射線光電子能譜表征66
2.4.5動態光散射儀66
2.5小結66
參考文獻66
第3章 納米液態金屬流體72
3.1引言72
3.2納米液態金屬流體填充顆粒類型73
3.3液態金屬納米流體的製備方法74
3.3.1物理製備方法74
3.3.2胞吞效應製備方法75
3.3.3納米液態金屬流體製備過程顆粒內化與擴散機制79
3.3.4納米液態金屬流體的浸潤特性80
3.4金屬顆粒液態金屬流體83
3.4.1Cu顆粒填充液態金屬流體的製備方法84
3.4.2GaInCu流變特性86
3.4.3GaInCu熱學特性88
3.4.4GaInCu電學特性90
3.4.5GaInCu機械特性91
3.5非金屬顆粒液態金屬流體93
3.5.1非金屬顆粒液態金屬流體的製備方法93
3.5.2GaInSi電學特性94
3.5.3GaInSi流變特性95
3.5.4GaInSi可回收性97
3.6納米液態金屬流體的應用98
3.6.1能源管理98
3.6.2磁能轉換99
3.6.3能量存儲99
3.6.4電子印刷100
3.7小結101
參考文獻101
第4章 納米液態金屬熱介面材料108
4.1引言108
4.2納米熱介面材料的優勢與局限性109
4.3納米尺度氧化的高黏附性液態金屬熱介面材料109
4.4納米顆粒強化的高導熱液態金屬熱介面材料111
4.5高導熱電絕緣液態金屬熱介面材料113
4.5.1納米液態金屬顆粒填充複合物的製備方法116
4.5.2液態金屬填充表徵與分析117
4.5.3納米液態金屬顆粒填充複合物穩定性120
4.6納米液態金屬熱介面材料的應用124
4.6.1高功率電氣設備熱管理124
4.6.2可穿戴電子散熱126
4.7小結127
參考文獻130
第5章 納米液態金屬電子墨水134
5.1引言134
5.2納米液態金屬電子墨水的製備方法與表面修飾134
5.2.1製備方法134
5.2.2表面修飾136
5.3納米液態金屬電子墨水燒結方法136
5.3.1鐳射/高溫燒結法136
5.3.2低溫膨脹燒結法137
5.3.3機械應力燒結法138
5.3.4剪切摩擦燒結法139
5.3.5化學燒結法140
5.4液態金屬顆粒尺寸對電路性能的影響141
5.5納米液態金屬墨水的印刷方法144
5.5.1納米液態金屬墨水直接印刷方法144
5.5.2納米液態金屬墨水微流道印刷方法147
5.6水基納米液態金屬墨水的製備、優化及應用148
5.6.1水基納米液態金屬墨水的製備方法148
5.6.2水基納米液態金屬材料的性能優化149
5.6.3水基納米液態金屬墨水從絕緣到導電的轉變156
5.6.4水基納米液態金屬墨水應用示例157
5.7自組裝液態金屬Janus薄膜的製備、表徵及應用158
5.7.1納米液態金屬Janus薄膜的成膜原理159
5.7.2自組裝液態金屬Janus薄膜的製備163
5.7.3自組裝液態金屬Janus薄膜的性能169
5.7.4自組裝複合液態金屬多功能Janus薄膜導電性的轉變169
5.7.5自組裝液態金屬Janus薄膜用於柔性電子產品的快速製造173
5.7.6液態金屬Janus薄膜用於製備微型針灸深度感測器176
5.7.7液態金屬Janus薄膜的光學和熱學各向異性178
5.8小結180
參考文獻180
第6章 納米液態金屬磁流體184
6.1引言184
6.2納米液態金屬磁流體的機械製備185
6.2.1納米液態金屬磁流體的機械製備方法185
6.2.2納米液態金屬磁流體的特性190
6.3納米液態金屬磁流體的胞吞法製備193
6.3.1納米液態金屬磁流體的胞吞製備方法193
6.3.2納米液態金屬磁流體的磁控特性195
6.4納米液態金屬磁流體的流變特性199
6.5納米液態金屬磁流體磁熱效應207
6.6納米液態金屬磁流體應用問題212
6.6.1磁修復液態金屬柔性電路212
6.6.2可程式設計液態金屬磁流體214
6.6.3可磁重構的液態金屬磁性材料216
6.6.4納米液態金屬磁流體的應用討論218
6.7小結219
參考文獻219
第7章 納米液態金屬複合材料223
7.1引言223
7.2納米液態金屬核殼結構材料224
7.3納米液態金屬與聚合物複合材料234
7.4液態金屬與多種類納米顆粒複合材料243
7.5納米液態金屬複合材料應用討論248
7.6小結249
參考文獻250
第8章 納米液態金屬生物醫學材料256
8.1引言256
8.2液態金屬納米氧化層的生物醫學材料特性257
8.3納米液態金屬生物醫學材料安全性與可降解特性259
8.3.1納米液態金屬材料的生物安全性259
8.3.2納米液態金屬材料的可降解性260
8.4納米液態金屬尺寸及形狀的調控260
8.4.1納米液態金屬生物材料的合成260
8.4.2納米液態金屬生物材料的尺寸和形狀控制261
8.4.3納米液態金屬生物材料的功能化修飾策略262
8.5納米液態金屬生物材料的外場回應特性265
8.6納米液態金屬材料的生物醫學應用267
8.6.1生物醫學檢測267
8.6.2藥物遞送268
8.6.3產熱與強化傳熱270
8.6.4其他腫瘤治療273
8.6.5成像276
8.6.6抗菌應用276
8.7納米液態金屬材料的生物醫學應用問題278
8.8小結279
參考文獻280
第9章 納米液態金屬二維材料286
9.1引言286
9.2納米液態金屬二維材料的製備287
9.3納米液態金屬二維材料直接印刷294
9.4納米液態金屬二維材料電學、光學特性297
9.5納米液態金屬二維材料半導體特性301
9.6納米液態金屬二維材料的應用310
9.7小結313
參考文獻313
第10章 納米液態金屬材料展望318
10.1引言318
10.2微/納米液態金屬機器人318
10.3液態金屬量子點324
10.4液態金屬量子器件326
10.5金屬原子軟化理論330
10.6小結331
參考文獻332
索引335
