液态金属材料基因组计划的提出与实施

材料基因组研究是实施材料革新的总体规划，而要实现这一规划需要做出具体努力。受此启发，笔者实验室提出的液态金属材料基因组计划，可以看作是材料基因组计划的一个具体方案，旨在通过对元素周期表上元素的排列组合和元素匹配研究，并结合一定的物理、化学手段，探索发现新的液态金属功能材料，进而解决当前液态金属材料和3D功能打印墨水种类严重短缺的问题。

图3.1勾画了液态金属材料基因组计划的总体结构。在这个结构图中，元素周期表上的元素是整个计划的重心，可以看作树根，新的材料能够通过相图计算、第一性原理、分子动力学等计算工具，并结合必要的实验手段对周期表上的元素进行排列组合来加以创造。不同温区的低熔点液态合金构成了该计划的树干，有了各种各样的液态金属材料，即可开发出电导率、热导率、黏度、机械强度、氧化性等功能可调的3D打印金属墨水，这相当于计划的枝叶。显然，能够用以进行材料设计的计算和实验手段越成熟、越多样化，围绕基本元素可望开发的材料类型就越多，液态金属墨水的种类也就越丰富，即根越深、叶越茂。

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图3.1　液态金属材料基因组计划的研究范畴［4］

相图计算是液态金属材料基因组计划中的重要研究工具，目前能得到的相图多是二元系和三元系，四元系以上相图已非常少见。由于这些研究空白的存在，也预示着今后可以设计的材料范围种类将十分广阔。因此，对周期表各元素的形态本质和元素之间的性质规律，需要深入研究，本章将重点阐述相图计算这一方法。