小機器人從固態變為液態，在磁場的引導下穿過“牢籠”，并通過放置在欄桿外的模具重新凝固，成功“越獄”。
這種科幻電影《終結者》中的情節，出現在中美科學家聯合提出的“磁控固-液相變材料”的實驗中。該研究由中山大學廣東省傳感技術與生物醫療儀器重點實驗室、浙江大學流體動力與機電系統國家重點實驗室和卡內基梅隆大學軟體機器人實驗室合作完成。相關研究論文日前發表于國際期刊《物質》。
相變，指物質從一種狀態到另一種狀態的轉變。相變材料則指可以發生固液氣三種狀態切換的材料。論文通訊作者之一，中山大學教授蔣樂倫告訴記者，相變材料按照化學組分，可以分為使用金屬合金、無機鹽等無機物的無機相變材料，使用石蠟、多元醇等有機物的有機相變材料和復合相變材料。由于相變材料在發生相變時，會吸收或者釋放大量能量，因此相變材料的典型應用是儲能。
“相變材料主要利用潛熱儲能，具有儲熱密度大，蓄熱裝置結構緊湊，相變過程中自身溫度基本不變，易于管理等特性。其應用場景包括太陽能儲能系統、空調儲冷系統等。”蔣樂倫說。
相變材料的另一應用是傳熱。“熱管可以利用內部工質，如水、酒精等，實現從液到氣之間的可逆相變。在此過程中，熱管會吸收和釋放大量的熱量，成為高效傳熱的元件。目前，熱管已經廣泛應用于筆記本CPU散熱，高功率電子元器件散熱等領域。”蔣樂倫說。
“我們提出磁控固-液相變材料，主要的靈感來源是電影《終結者》與動物海參。”蔣樂倫說，“《終結者》中的液態金屬機器人的手，可以在固液切換后，變成一把刀。同時，機器人還可以變成液態后越獄。海參也非常有趣，可以通過改變富含蛋白的原纖維間基質的硬度，來改變體壁外形。”
為了充分利用液態金屬在特定條件下固-液切換的特性，研究團隊將磁性顆粒，如釹鐵硼、Fe_3O_4等混合融入液態金屬——鎵中。通過高頻的磁場加熱，該液態金屬會由原先的固態轉變為液態。在其轉變為液態后，研究團隊可以通過半導體制冷（珀耳帖效應）或者自然冷卻對其進行降溫，從而使之由液態變為固態。
“未來幾年，在磁控固-液相變材料方面，我們會進一步開展安全性試驗，同時還會結合圖像導航技術，實現磁控固-液相變機器人及其集群在體內的可控、可視操控和釋藥，讓研究成果進一步走向臨床。”蔣樂倫說。
