液体金属打开新世界大门

几十年前，人们常用的体温计里装的是一种液体金属——汞。如今，随着人们对汞的危害了解增多，以汞为原料的液体体温计逐渐退出了人们的家庭。不过，如果你现在还想买液体体温计，也许能遇上我们今天的主角——镓。

镓是化学史上第一个先由理论预言，而后在自然界中被发现验证的化学元素。

1871年，编制了世界上第一张元素周期表的俄国化学家门捷列夫根据他总结的元素周期规律，提出了一个预测：自然界中存在一种原子量大约是68，密度为5.9g/cm，性质与铝相似的元素，它应被排列在元素周期表中铝元素的下方。

门捷列夫的这一预测，在1875年被法国化学家布瓦博得朗证实了。他在观察从闪锌矿矿石中提取的锌的原子光谱时，发现了一条新的紫色色带，他意识到，这条色带对应着一种新的未知元素。1875年11月，布瓦博得朗提取并提纯了这种新的金属，并证明了它的性质确实与铝相似。这个元素被布瓦博得朗以祖国法国的曾用名“高卢”冠名——镓。

《终结者2》里可以随意改变形状的机器人杀手

镓在自然界中隐藏很深，熔点仅有29.78℃，沸点却高达2403℃，因此它多数时候都以液体的形态在各类元素中四处“游荡”，而很少以独立的形态存在。镓在铝土矿、闪锌矿、黄铁矿等矿石中含量很少，化学家们高温灼烧矿石时，它才会以化合物的形式挥发出来，还要经过多种提纯手段精炼才能得到纯粹的镓单质。如果没有门捷列夫的预言，也许镓的真面目还不能那么快被揭开。

科幻片《终结者2》里，出现过一个神通广大的机器人杀手，它能随心所欲地变成任何形状，甚至可以穿墙入室完成既定的杀人任务，被威力巨大的武器击中后也能自动愈合，简直无所不能，让人束手无策。如果现实中人们也能造出这样一个机器人，那么镓是科学家能找到的最适宜的材料。

2014年9月，美国北卡罗来纳州一个科研团队研发出一种可进行自我修复的变形液态金属，距离打造变形机器人的目标更进一步。

科学家们使用镓和铟合成液态金属，这种合金在室温下就可以成为液态，而且它的表面张力很高，在不受外力情况下，这种合金能保持一个几乎完美的圆球。但是，合金对电流很敏感，当通过少量电流时，合金的表面张力会降低，球形金属会在桌面上“融化”成一摊“水”，而如果撤销电流，合金又会慢慢聚成一个球。更改电压大小还可以调整金属表面张力和金属块黏度，从而令其变为不同结构。这样的话，只需要改变电流，制造一个可变形的机器人就不再是幻想了。

這个变形机器人还可以自主“进食”和运动。2015年，中国中科院和清华大学的联合研究小组研发出世界首个自主运动的可变形液态金属机器人：当将镓基液态合金置于电解液中时，它可通过“摄入”铝作为食物或燃料提供能量，实现高速、高效的长时运转。实验显示，一小片铝即可驱动直径约5毫米的液态金属球实现长达1个多小时的持续运动，速度高达每秒5厘米。

液体机器人看起来充满了科技感，但就像电影中呈现的那样，它很可能失控造成人类的负担，因此科学家们暂时还没有制造液体机器人的想法。但是，用镓制造的合金却给人们推开了一扇新世界的大门。

芯片是现代社会最重要的科技元件之一，我们每天玩的手机、用的电脑、看的电视、听的音响，里面都有芯片的存在，若没有芯片，就没有现代世界里轻巧又好用的高科技产物。而芯片的出现离不开半导体。半导体指常温下导电性能介于导体与绝缘体之间的材料，随着温度、电场方向等因素的变化，半导体的导电性会发生相应的变化。正是因为具有这样的特性，半导体才能实现可控导电和通信等功能。

人们用以硅材料为代表的第一代半导体取代了笨重的电子管，制出了以芯片为代表的集成电路，推动了微电子工业的发展和整个IT产业的飞跃。然而，尽管硅拥有很多优越的电子特性，但经过几十年的发展，这些特性已经快被用到极限，科学家已很难用硅基再造出性能更优异的芯片。他们一直在寻找能替代硅的半导体材料，以制造未来的电子设备。这时候，化合物半导体进入了科学家的视野。

化合物半导体是指由两种或两种以上元素形成的化合物，它具有半导体的性质。1928年，科学家用2000多度的高温和近万个大气压的苛刻条件将金属镓和氮气合成为一种新的化合物半导体材料——氮化镓。当时的他们没有想到，在经历了将近一个世纪不温不火的状态后，今天，氮化镓这种半导体材料焕发出了新的生机。

与硅基半导体相比，氮化镓变成导体需要更大的能量：硅材料的电子连成导电带所需能量为1.1eV，氮化镓则需3.4eV。这意味着氮化镓具有更好的热性能和更高的光电转换效率，在相同的电力供应下，它能实现比硅基芯片更强大的功能。

氮化镓芯片更能满足现今高热量、低能耗、高性能的电子产品的需求：氮化镓芯片制成的电子器件可在200℃以上的高温下工作;氮化镓芯片应用在电力电子器件中，使得系统能耗降低30%以上;氮化镓芯片作为微波通信基站的核心材料，能使得基站传输覆盖面积比目前提升一倍以上。

对中国来说，氮化镓芯片更是突破国外芯片技术封锁的绝佳武器，因为与落后两三代的硅基芯片相比，氮化镓芯片产业在世界范围内都处于起步阶段，中国在氮化镓芯片技术上与发达国家并驾齐驱。

未来，氮化镓芯片将在半导体照明、新一代移动通信、智能电网、高速轨道交通、新能源汽车和消费类电子等领域全面开花，液态金属镓将从方方面面改变人们的生活。