利用过冷液态金属粒子实现冷焊

材料牛注：有人戏称搞科研就是“砸钱”，节约丝毫与之不搭边。不过爱荷华州立大学研究学者节俭创新与科学相结合，研究出一项冷钎焊技术。

爱荷华州立大学材料科学与工程学院的助教，兼艾姆斯能源实验室的研究员Martin Thuo一直想要寻找一种经济且清洁的新方法把科学与技术运用到实际之中。“怎样充分地应用高水平科学与技术？怎么用最少资源、最大化地解决问题？”这也是他实验室的一直追求节俭创新的目标。为此，他们研发出一种奇特的液态金属微型粒子，在室温下即可相互融合。这种新型液固混合形式有望应用于无热焊接及电路修复上。

该项目最开始是为了找寻一种方法阻碍液态金属凝固（甚至在低于金属熔点的情况下）。这方法就是过冷度，现已被广泛应用于深入研究金属结构和金属加工。但是，现在面临的一个难题是如何产生大量稳定的过冷金属。

研究者采用高速回旋切割机将液态金属分割成微小粒子，之后放入到醋酸/乙二醇的混合物中，来制造这些过冷液态金属粒子。当这些粒子遇氧时，表面立刻氧化，形成液态金属泡。氧化结束后即将这层氧化物打磨掉，直至表面平滑。

Thuo说：“我们要把握住这一过冷液体的存在状态，防止凝固，并对其表面进行处理。”

过冷度下的壳-核结构

不同于普通的焊接材料，如波士顿东北大学的MesoGlue，该材料用同种金属的液态粒子制作而成。这种情况下，铋-铟-锡合金及其他包含铋和锡的合金会生成液态金属泡。

只有红细胞大小的，直径10微米左右的液态金属泡才能用以修复微观缺陷，进行微焊接，也可与其他宏观金属焊接材料一起进行无热焊接。

该团队表示，在室温下采取过冷液态金属粒子进行焊接及表面修复时，无须高科技设备、复杂焊接材料及高温条件。

Thuo已就此申请专利并创办公司，以便将新产品推向市场。为提高其导电性和机械稳定性，目前该新型过冷液态金属正不断改进与完善。他认为，这个项目是节俭创新与科学相结合的很好例子；所有的创新和问题解决都应该在切实可行、可持续以及价格低廉的基础上进行。

论文地址：Mechanical Fracturing of Core-Shell Undercooled Metal Particles for Heat-Free Soldering

本文参考链接：Micro-sized, liquid-metal particles for heat-free soldering

本文由材料人新锐作者姜美荣编译，杨雨思审核，感谢尉谷雨提供素材。