液态金属是一种在常温或轻微加热下仍能保持液态的金属或合金材料，具有低熔点、高导电性和导热性等特性。这种材料广泛应用于手机制造、柔性电子和能源领域，但在化学稳定性、加工工艺和成本控制方面仍面临较大挑战。目前，液态金属市场持续增长，全球市场规模预计到2032年将达到58亿美元，年复合增长率为13.5%。中国市场发展尤为迅速，2023年市场规模已达约120亿元人民币，预计到2025年将增长至180亿元人民币，主要生产商包括宜安科技、安泰科技和北京梦之墨科技等企业。
一、低熔点、高导电性和导热性
液态金属是一种低熔点、高导电性和导热性的金属或合金，其原子排列近程有序，具有优异流动性和可塑性，适用于精密铸造和3D打印。液态金属的高强度和高硬度使其在热管理方面表现突出，能有效散热高集成度电子器件。
1. 液态金属的概念。液态金属是一种在常温或轻微加热下仍保持液态的金属或合金材料，具有低熔点、高导电性和导热性等特性。其原子或离子的排列呈现近程有序，即局部区域内的原子形成小集团排列，但整体上缺乏长程有序性。这一结构赋予液态金属优异的流动性和可塑性，使其能够在复杂形状的空间中流动，广泛应用于手机制造、柔性电子等领域。
2. 液态金属的特性。液态金属具有优异的导电性、导热性、流动性和可塑性等特性。其独特的非晶态结构使其在力学性能上表现出高强度和高硬度，同时具备良好的尺寸精度和稳定性。由于低熔点和高流动性，液态金属能够通过注塑、压铸等工艺实现复杂结构的“净成形”，省去了大量后加工步骤。此外，液态金属在热管理方面表现出色，其导热系数远高于传统冷却剂，能够有效解决高集成度电子器件的散热问题。
3. 液态金属的分类。液态金属可以从多个角度进行分类。首先，根据熔点的不同，液态金属可以分为常温液态金属和高熔点液态金属。常温液态金属主要包括汞、镓、铋等纯金属及其合金，如镓基合金和铋基合金。高熔点液态金属则需要在较高温度下才能呈液态，通常用于冶金和高温应用。其次，从化学性质来看，液态金属可以分为低毒性和高毒性两类，低毒性如镓基合金，而高毒性如汞。最后，液态金属还可以根据其功能特性进行分类，如用于结构材料的液态金属合金，具有高强度和高硬度，适用于制造精密部件；磁性液态金属则用于提高变压器和感应线圈的转换效率。
液态金属在手机制造中用于铰链等精密部件，提升耐用性和美观性；在柔性电子领域，其流动性和导电性使其成为制造复杂电路的理想材料，推动可穿戴设备发展；在能源领域，液态金属的高导电性和导热性助力太阳能发电效率提升和新型储能技术开发，如液态金属电池。
1. 手机制造领域。液态金属因其优异的导电性、导热性、高强度和良好的成型性，成为手机制造中的重要材料。液态金属主要被用于制造手机铰链、卡托、中框等精密结构件，其高强度和抗疲劳性能显著优于传统金属材料。例如，苹果公司在其iPhone系列产品中采用了液态金属制造的SIM卡针和铰链，以提高设备的耐用性和美观性。华为Mate系列、vivo X Fold+、荣耀Magic V等折叠屏手机的铰链也采用了液态金属，利用其高强度和良好成型性来满足铰链结构件对厚度、强度和精度的要求。未来，随着液态金属大块成型工艺的进一步成熟和成本的降低，其在手机中框、内部结构件等方面的应用有望实现规模化。
2. 柔性电子领域。液态金属因其独特的流动性和高导电性，已成为柔性电子器件制造的理想材料之一。例如，哈尔滨工业大学和中国科学院的研究人员使用液态镓-铟合金制造了具有3D电路的柔性电子产品，展示了其在复杂电路构建中的优势。此外，液态金属还被用于开发可拉伸的柔性电路，这些电路能够适应各种复杂的形状和动态环境，广泛应用于可穿戴设备和智能衣物中。未来，液态金属在柔性电子领域的应用将进一步深化，特别是在自修复电路和柔性传感器等方面，其自我修复能力和多刺激响应特性将推动新一代柔性电子产品的开发。
3. 能源领域。液态金属因其独特的物理和化学性质，如高导电性、高导热性、良好的流动性和自愈合能力，在能源转换和储能技术中发挥着重要作用。在太阳能发电方面，液态金属被用于制造太阳能电池板和热管等设备，通过其优异的热传导性能，能够有效提高光电转换效率和系统的稳定性。此外，液态金属电池因其高能量密度和长循环寿命，成为新一代储能技术的研究热点，如美国的Ambri公司开发的液态金属电池，采用液态金属和无机熔盐作为电极和电解质，具有寿命长、响应快、成本低等优势，是规模储能应用的理想选择。
二、面临工艺和成本挑战
液态金属在应用中面临化学稳定性、加工工艺和成本三大挑战。化学稳定性方面，液态金属易与空气、高温或强酸碱环境发生反应，导致性能下降，需额外保护措施。加工工艺上，其非晶合金特性对设备和工艺要求高。成本方面，原材料成本较高，制备工艺复杂以及设备要求特殊，限制了其广泛应用。
1. 化学稳定性问题。液态金属的化学稳定性问题主要体现在以下几个方面。首先，液态金属在与空气接触时容易发生氧化反应，形成氧化层，这不仅降低了其导电性和导热性，还可能导致其在电子器件中的失效。例如，在柔性电子器件中，液态金属作为导体，其氧化会导致电路的中断，从而影响设备的正常工作。其次，液态金属在高温或强酸碱环境下也容易发生腐蚀反应，限制了其在高温或腐蚀性环境中的应用。液态金属电池在高温运行时，其内部的液态金属容易与电解质发生化学反应，导致电池性能下降。这种化学稳定性问题使得液态金属在实际应用中需要进行额外的保护措施，增加了成本和复杂性。
2. 加工工艺的挑战。液态金属作为一种具有独特物理特性的新型材料，其加工工艺面临着诸多挑战和困难。液态金属的非晶合金特性使其难以采用传统的锻压或焊接工艺进行加工。这种材料需要在极快的冷却速率下将其液态结构冻结成固态，以保持其优异的物理性能。然而，这一过程对设备和工艺参数的要求极高，稍有不慎就可能导致材料性能的下降。其次，液态金属的加工过程中容易出现泄漏、飞溅等问题，这不仅影响产品的质量和精度，还可能对操作环境和人员安全造成威胁。液态金属的粘度控制也是一个难题，过高的粘度会限制其流动性和可塑性，从而影响最终产品的形状和性能。
3. 成本问题。液态金属面临的成本问题成为其广泛应用的主要障碍之一。从原材料成本来看，液态金属通常由镓、铟、锡等金属组成，这些金属的市场价格相对较高，且价格波动较大，直接影响液态金属的成本。例如，2024年镓的价格在国际市场上的主流成交价格集中在每千克500-600美元。这种原材料价格的高企使得液态金属的生产成本居高不下，难以在价格敏感的市场中获得竞争优势。在生产成本方面，液态金属的制备工艺复杂，需要精确控制温度、压力等参数，以确保其非晶态结构的形成。此外，液态金属在生产过程中对设备的要求较高，需要使用高精度的铸造设备和冷却系统，这些设备的投资成本较大，且维护费用也较高。
液态金属在可编程、变形记忆和绿色环保方面展现出重要的创新发展趋势。可编程方面，液态金属通过外部刺激实现形状和功能的动态变化。变形记忆方面，液态金属通过与弹性体复合，实现形状记忆效应。在环保方面，液态金属在电子废弃物处理和降低能耗方面具有重要作用。
1. 可编程。随着材料科学和纳米技术的进步，液态金属的可编程技术正不断突破创新。通过外部刺激（如电场、磁场等），液态金属能够实现形状和功能的动态变化，为智能材料领域开辟了广阔的应用前景。此外，液态金属在3D打印中的应用为其可编程性提供了新机遇。利用3D打印技术，液态金属可以被精确打印成复杂三维结构，实现多功能集成。例如，北京梦之墨科技有限公司开发的液态金属电子手写笔和3D笔，通过编程控制液态金属的流动和固化，能够快速制造和修复电子电路。未来，液态金属的可编程性将进一步提升，推动其在智能机器人、可重构电子设备等领域的应用。
2. 变形记忆。液态金属独特的物理化学性质使其在变形记忆材料领域展现出广阔的应用前景。目前，液态金属的变形记忆功能主要通过与弹性体等材料的复合来实现，例如一种基于液态金属的形变记忆复合材料，能够在电/光/热刺激下表现出良好的形状记忆效应，实现弯曲和水平形状之间的可逆变化。这种复合材料的制备方法多样，包括将液态金属与聚二甲基硅氧烷（PDMS）等聚合物混合，利用液态金属的高表面张力和流动性，以及聚合物的弹性，实现材料的形状记忆功能。此外，液态金属的变形记忆功能还体现在其独特的变形行为上，如在电场作用下，液态金属可以实现大尺度变形、自旋、定向运动等。
3. 绿色环保。液态金属未来将更加注重绿色制造、资源循环利用以及在环保领域的创新应用。首先，液态金属将逐渐采用无毒副作用的原料和改进的生产工艺，确保生产过程中的废弃物得到有效处理，降低对环境的污染。其次，液态金属的可回收性使其在电子废弃物处理和资源回收方面展现出广阔的应用前景。此外，液态金属催化剂能够在室温下将二氧化碳转化为固体碳，为碳捕获和利用提供了一种实用方法。同时，液态金属热界面材料和液态金属低温焊料等产品在提高设备性能和降低能耗方面也具有重要作用。例如，云南科威液态金属谷研发有限公司推出的液态金属低温环保焊料，其熔点低于130℃，与铜、镍基材润湿性良好，具有较好的延展性和耐热疲劳性，钎焊温度低，无毒环保，焊接过程对电子元器件无损伤，焊点饱满、牢固。
三、全球市场呈现多元化、分散化
全球液态金属市场近年来稳步增长，2023年市场规模约为25亿美元，预计到2032年将达到58亿美元，年复合增长率为13.5%。市场竞争格局多元化且分散化，主要生产商包括Liquidmetal、Merck、宜安科技等，市场集中度较低。
1. 全球市场规模。全球液态金属市场呈现稳步增长的趋势，主要得益于其在汽车、手机、消费电子等多个终端行业的广泛应用推动。据Dataintelo数据，全球液态金属市场规模预计到2032年将达到58亿美元，年复合增长率为13.5%。
2. 全球竞争格局。全球液态金属市场竞争格局呈现出多元化和分散化的特征，市场集中度相对较低，没有一家企业占据绝对主导地位，导致市场份额分布较为均匀。全球主要的液态金属生产商包括Liquidmetal、Merck、宜安科技、安泰科技、北京梦之墨科技等。在产品结构方面，液态金属产品种类丰富，涵盖导热膏、导热片、柔性智能装备等多种类型，其中导热膏在2022年占据了最大的市场份额。
中国液态金属市场近年来发展迅速，2023年市场规模达到约120亿元人民币，同比增长15%，预计到2025年将增长至180亿元人民币。市场竞争格局多元化且分散化，主要参与者包括北京液态金属科技有限公司、深圳金石新材料科技有限公司等。
1. 中国市场规模。中国液态金属市场近年来发展迅速，根据博研咨询的数据， 2023年中国液态金属材料市场规模达到约120亿元人民币，同比增长15%。预计到2025年，中国液态金属材料市场规模将达到180亿元人民币。
2. 政策支持。国家层面高度重视液态金属的研究与应用：政府对液态金属产业的支持政策始于“十三五”规划，当时将液态金属纳入新材料领域，明确了其作为战略性新兴产业的地位。2017年1月，液态金属被列入《新材料产业发展指南》；2017年6月，液态金属被列入《重点新材料首批次应用示范指导目录》；2023年8月，液态金属被列入《前沿材料产业化重点发展指导目录（第一批）》。
四、国内外巅峰对决
Hitachi Metals、 Liquidmetal Technologies和American Elements是液态金属行业的全球领军企业。Hitachi Metals专注于开发高性能的液态金属合金，其产品应用广泛。Liquidmetal Technologies的非晶合金材料具有高强度、高硬度、优异的抗腐蚀性能等特性。American Elements则可以提供高纯度镓基液态金属合金。
1. Hitachi Metals（日本）。日立金属（Hitachi Metals）成立于1951年，总部位于日本，是全球领先的合金材料供应商。在液态金属方面，日立金属专注于开发高性能的液态金属合金，其合金产品具有优异的导热性、导电性和机械性能，广泛应用于电子、汽车、航空航天等多个领域。日立金属在液态金属方面的核心产品为用于热界面材料的高导热合金，该产品能够在高温环境下保持稳定的性能，有效提高电子设备的散热效率。此外，日立金属还开发了一系列用于汽车制造的液态金属材料，这些材料不仅具有高强度和耐腐蚀性，还能显著降低汽车部件的重量，从而提高燃油效率。2024年，日立金属（Hitachi Metals）的营收为81亿美元。
2. Liquidmetal Technologies（美国）。Liquidmetal Technologies, Inc.（LQMT）是一家位于美国加利福尼亚州的材料技术公司，成立于1987年，专注于液态金属（又称非晶合金）的研发和商业化。该公司在液态金属领域拥有全球领先的技术，其独特的非晶合金材料具有高强度、高硬度、优异的抗腐蚀性能和出色的表面光洁度。LQMT的产品广泛应用于多个行业，包括医疗、工业、消费电子等。其医疗级非晶合金成型产品在医疗器械领域表现出色，如手术工具和植入物等，因其优异的生物相容性和耐用性而受到市场的青睐。此外，LQMT还为消费电子产品提供非晶态合金部件，曾与苹果公司合作，为其提供用于手机等设备的外壳和零部件。Liquidmetal Technologies在2024年的营收为102万美元。
3. American Elements（美国）。American Elements是一家总部位于美国的先进材料供应商，专注于开发和生产高纯度金属、合金、化合物和纳米材料等。该公司的液态金属产品主要为基于镓的合金，如高纯度镓（8N）和镓基合金，这些产品具有优异的导电性、导热性和机械性能，并且能够在室温下保持液态，具有独特的电磁特性和表面活性，适用于制造柔性电子设备和传感器。此外，American Elements还提供液态金属复合材料，这些材料结合了金属和非金属的优点，能够提供更高的强度和耐腐蚀性。2024年，American Elements的营业收入为1,700万美元。
宜安科技、安泰科技和北京梦之墨科技是中国液态金属行业的高新技术企业。宜安科技的液态金属产品广泛应用于消费电子、新能源汽车等领域。安泰科技专注于非晶/纳米晶材料的研发，同时拓展液态金属在柔性电子产品的应用。北京梦之墨科技依托中科院和清华大学的技术力量，掌握了液态金属电子增材制造技术。
1. 宜安科技。宜安科技专注于液态金属材料的研发与产业化应用，具备从材料成分设计、熔炼、精密模具制造到精密机加工的全制程能力，在液态金属领域拥有全球最大的生产线。宜安科技的液态金属产品以其高强度、高硬度、耐磨损和耐腐蚀等优异性能著称，且产品涵盖消费电子结构件、新能源汽车零部件、医疗器械结构件和音乐及体育器材结构件四大板块。例如，宜安科技推出的用于消费电子的Face ID支架等产品，已向小米、OPPO等国内知名手机厂商批量供货。2023年，宜安科技整体实现营业收入17亿元，同比增长5.63%。
2. 安泰科技。安泰科技股份有限公司在非晶/纳米晶带材及制品、难熔材料及制品等领域，为全球高端客户提供先进金属材料、制品及解决方案，是国家科技部及中科院联合认定的国家高新技术企业。安泰科技通过先进的制备工艺，如水气雾化、真空气雾化等，成功制备出具有高强韧性、优良导磁性和低磁损耗的非晶带材及纳米晶材料，并广泛应用于高频低损耗变压器、移动终端设备的结构件等领域。此外，安泰科技还积极拓展液态金属在柔性电子产品中的应用，通过构建微米玻璃球阵列支撑的液态金属柔性密封复合材料，解决了传统封装材料无法同步兼顾可拉伸和高气密性的难题。
3. 北京梦之墨科技。北京梦之墨科技有限公司是一家依托中国科学院理化技术研究所和清华大学等强大技术力量建立的高科技企业，专注于液态金属电子增材制造技术的研发与产业化应用。梦之墨由液态金属领域的领军人物刘静教授创立，掌握国际首创的液态金属电子增材制造技术，能够通过液态金属电子墨水在数秒内“印刷”出可弯折、可拉伸的高精度电子电路及终端功能器件。这一技术不仅大幅降低了电子电路生产的门槛，还简化了传统FPC行业的工艺流程，具有成本低、绿色环保等优势。此外，梦之墨还推出了液态金属的秒级印刷电路制作工艺，进一步提高了电路的打印速度和精度。
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