蘋果正在研製的可穿戴設備iWatch，可能會使用一種液態金屬材料，該材料的強度是鈦的兩倍。
圖片來源：暱圖網
■本報記者 原詩萌
雖然蘋果公司已不如從前光芒四射，但它的創新舉動卻仍然牽動著業界神經。近日據國外媒體報導，蘋果正在研製的可穿戴設備iWatch，可能會使用一種由鋯、鈦、銅、鎳等組成的液態金屬材料（又稱非晶態合金或金屬玻璃），該材料的強度是鈦的兩倍。
事實上，在2010年時，蘋果就與Liquidmetal（液態金屬）技術公司籤署了協議，但由於量產存在技術難度，一直沒有大量使用這種材料。而蘋果最新獲得的一項「大塊非晶合金板材成型工藝」專利則顯示，蘋果已經解決了量產的難題。這也意味著，液態金屬這一新材料的應用將煥發新的生機。
神奇的材料
提到液態金屬，很多人都會聯想到電影《終結者2》中的機器人T1000。它可以在固態和液態之間隨意轉換，當它受傷或中彈之後，會像液體那樣自動恢復，同時，雖然它並未攜帶武器，卻可以將身體局部瞬間變形為尖銳的利器。
現實中的液態金屬顯然不會有如此「誇張」的功能。在常溫條件下，液態金屬的形態是實實在在的固態，而且硬度、強度很高，只有在加熱到一定溫度之後（遠低於其熔融溫度），它才會成為可以隨意進行塑性變形的類液態。
之所以叫液態金屬，是因為這種材料的原子排列狀態與液體類似，都是無序的。從科學角度，應該稱之為非晶態合金。而由於玻璃屬於原子排列狀態無序的非晶態固體，所以這種材料也被稱作金屬玻璃。
由於其特殊的結構，液態金屬有著其他金屬所不具備的諸多特性。7月31日，在中科院物理所極端條件物理重點實驗室研究員汪衛華的辦公室內，記者近距離接觸了這一「神奇」的材料。
汪衛華拿著一個液態金屬製成的優盤外殼告訴記者，由於液態金屬材料的強度非常高，這個優盤外殼甚至可以經得住汽車的碾壓。
接著，他又拿出一個表面十分光滑的液態金屬樣品說，液態金屬的另一個重要特性是一次成型。其他金屬製備出來之後，表面都比較粗糙，需要經過打磨等表面處理工藝才能變得光滑，而液態金屬製備出來之後就是這個形態，同時還具備耐磨、防劃和抗腐蝕等優點。
記者發現，汪衛華所展示的液態金屬樣品有深紅、淺藍等不同顏色。汪衛華解釋說，這是因為科學家可以通過改變液態金屬表面的一些結構，來改變它的顏色。「由於不是用漆刷上去的，所以磨不掉，顏色也更加自然。」
從「薄帶」到「塊體」
雖然蘋果即將在iWatch上使用液態金屬是最近的事情，但液態金屬的研發和應用早在上世紀60年代就已經開始了。
從其發展歷程來看，主要可以分為兩代。採訪中，汪衛華向記者展示了一卷亮閃閃的如錫箔紙般薄的帶子。「這就是液態金屬材料的第一代產品，可以稱之為『薄帶』。」這種軟磁材料目前已經有比較廣泛的應用，變壓器的鐵芯、IC卡的卡芯都可以找到它的影子。
據汪衛華介紹，這種材料的製備難度較高，需要每秒鐘冷卻100萬度，才能將金屬變為非晶態。具體的製備方法是，將一根銅棍高速旋轉，然後將製備液態金屬的材料噴上去。「必須噴得很薄才行，這樣溫度才能降得比較快。」
據了解，目前能製備這種高品質薄帶式液態金屬材料的企業並不是很多，主要為日本的日立金屬以及國內的安泰科技。因此，這一材料目前是金屬領域少有的高利潤產品。
進入上世紀90年代後，科學家找到了一些新的金屬成分，可以製備新型的大塊液態金屬，也被稱為「塊體非晶合金」。其製備方法是根據「配方」，將不同比例的金屬成分熔化成液體，然後再進行冷卻，從而製備出塊狀的液態金屬。
汪衛華向記者展示的優盤外殼等樣品以及蘋果iWatch將採用的材料，都屬於液態金屬的第二代產品。和「薄帶」的液態金屬不同的是，「塊體」的液態金屬可以塑造成不同的形狀，所以也有著不同的應用領域。
不過，從目前發展情況來看，第二代液態金屬的應用仍處於起步階段。汪衛華告訴記者，早在上世紀90年代，液態金屬科技公司就曾想和三星公司合作生產手機外殼，但最終因為工藝和成本問題而未能實現大規模應用。
新契機
因此，最近傳出的蘋果在液態金屬大規模製備方面取得突破，並將在iWatch上應用的消息，對於第二代液態金屬的應用而言無疑是重大利好。
賽迪顧問原材料產業研究中心主任冀志宏在接受《中國科學報》記者採訪時表示，iWatch是一款正在研發的新產品，可能對材料的硬度要求比較高，這種需求與液態金屬材料的特性有了很好的結合點，雖然成本可能會高一些，但對於蘋果而言也是值得的。
汪衛華也表示，液態金屬現在還屬於比較貴的材料，可謂金屬材料中的新貴，而且有很多特性，蘋果產品的特點則是時尚和高科技，因此應用液態金屬也比較符合蘋果的理念。
不過讓人深思的是，液態金屬的研究在國內的起步並不晚，目前也有三十幾家研究機構從事該材料的研發，但卻始終未能將該材料轉化成應用。
此前也有手機公司向汪衛華了解液態金屬的相關情況，但後來也不了了之。「如果國外企業開始做了，國內企業會去跟風，但如果沒有先例的話，國內的企業一般不會去貿然嘗試。」汪衛華說。
對於這一現狀，冀志宏認為，這說明我們國家在工程化、產業化方面的投入仍然不足。他向記者透露，目前工信部原材料司正在進行調研，希望出臺相關政策，在一些關鍵的材料領域，由國家拿出一部分資金去鼓勵企業應用這種材料。「把材料真正用起來，後面的產業化環節才能真正做起來。」冀志宏說。
此外，冀志宏還指出，應該加強在材料領域的裝備製造能力。「我們很多生產線都是引進的，所以只能使用對方配套的產品和原材料。如果生產線的國產化程度更高一些，我們一些關鍵原材料的應用也就有了更大的空間。」
《中國科學報》 (2013-08-07 第5版 技術經濟周刊)