液态金属进入日常生活。
3D电子手写笔、骨科耗材和设备、智能玻璃显示屏……液态金属，一种充满科幻色彩的新型功能材料，正从实验室、工业基地走向我们的日常生活。
“包装感觉很好，很轻。如果修复时有问题，可以纠正。这个东西可以拆开再用。”27岁的男子孔手臂骨折。在云南省宣威市第一人民医院做完手术后，他用的是液态金属制成的骨科外固定器。
宣威市第一人民医院骨科主任坎·文淑说，医院今年才推出“外骨骼”。目前已经审理了几十起案件。使用起来非常方便，塑形性和透气性都很好，还可以穿x光。图像非常清晰。
据介绍，液态金属骨科外固定支具由云南钟铉液态金属科技有限公司、云南科威液态金属谷RD有限公司和中国科学院清华医学院/理化研究所共同研发。它是由液态金属医用功能材料和附件组成的具有固定、支撑、保护和治疗功能的一系列一流医疗器械。云南迈特利医疗科技有限公司负责产业化项目的实施。
“液态金属‘外骨骼’是一种低温熔化的塑料材料，可以与患者的身体实现更好的个性化贴合和塑形。可固定性强，韧性好，拆卸方便，可重复使用。”美敦力公司技术总监张勇说，人体的许多部位，如颈椎、肩关节、腰椎、指骨等。，可以用外骨骼骨折。
“2021年底，相关产品已进入全国50余家医院进行试验，完成临床试验1200余项。”宣液态金属科技有限公司副总经理许介绍，目前已建成年产100万件液态金属骨科外固定支具生产线，液态金属骨科外固定支具产业化项目获2021年云南省创新创业大赛一等奖。
记者体验了液态金属“外骨骼”。在加热之前，用法兰绒包裹的床单看起来像一块坚硬的钢板。加热几分钟后，钢板可以随意揉捏，就像玩具彩泥一样。放在腕关节上，用力挤压。几分钟后，它恢复了硬度。紧紧包裹住腕关节，就像戴了一个特大号的运动腕带。
“‘外骨骼’是液态金属在生物医用材料方面取得的原创性突破，已开发生产了130多个规格和类型的产品。”云南钟铉液态金属科技有限公司董事长杨英宝说。
液态金属“外骨骼”项目只是液态金属应用的一个代表。据介绍，液态金属是一种合金材料，通常指熔点低于300摄氏度的低熔点合金。常温或工作状态下为液体，具有液体温区宽、热导率高、导电性好的特点。经过近20年的不懈努力，清华大学教授、中科院理化技术研究所双聘研究员刘晶带领的研究团队发现了液态金属的一系列全新科学现象、基础效应和创新应用途径。
“液态金属的制造过程无需高温熔炼，环保无毒，可广泛应用于工业制造、航空空航天、军事国防、生物医药、教育、文化创意等领域。”杨英宝说。
走在纸尖上，画出银色的线路图——在宣威液态金属科技馆，工作人员向记者展示一支魔笔。"使用液态金属作为墨水来书写电路板具有良好的导电性和简单性."杨英宝介绍，这款液态金属3D电子手写笔也是液态金属的众多应用之一。
3D电子手写笔、电子墨水、导热片、芯片散热器、液态金属光伏瓦组件、液态金属LED智能玻璃屏……在钟铉液态金属科技有限公司的液态金属科技馆里，有许多液态金属制成的展品，许多产品的性能让参观者惊叹不已。
“液态金属领域的基础和应用研究已从最初的冷门发展成为举世瞩目、影响广泛的重大国际科技前沿。”刘晶说。
2016年，液态金属产业被列入《云南省“十三五”科技创新规划》、《云南省“十三五”新材料产业发展规划》和《新材料产业发展指南》。
2017年液态金属被列入国家第一批重点新材料示范指导目录，2018年被列入国家战略性新兴产业目录。
几年来，钟铉公司投资3.4亿多元，建成年产200吨液态金属系列产品生产线，液态金属配方200多种，专利300多项。2021年液态金属产业产值突破5亿元。公司先后被评为云南省“金种子”企业、国家“小巨人”特色专业创新企业、2021年民营企业科技创新百强。
科学仪器的“瘦身”成功
如果有一个神奇的相机，快门速度快到可以以飞秒计算，分辨率清晰到0.1 nm，并且有足够的曝光亮度，用它拍出来的照片会是什么样子？
答:可以清晰地拍摄水分子，看到化学键的断裂，甚至记录电子的运动。
实际上，这个强大的“相机”是最先进的一种科学仪器——X射线自由电子激光装置，世界各地已经建造了八个，包括位于上海张江的软X射线自由电子激光装置。
不过，都是身长几百米到几公里的“大家伙”。为了实现普及，国际上已经努力使该设备小型化。近日，记者采访了率先验证台式自由电子激光原理的中科院上海光机所强场激光物理国家重点实验室团队。相关成果于2021年登上《自然》封面，今年入选2021年中国光学十大进展。
从结构上看，自由电子激光装置由加速器和波荡器组成。简单来说，就是让电子先在加速器中加速到接近光速，然后进入波荡器，在波荡器中做周期性运动，辐射出光。
“无论是从规模还是关键技术来看，加速器都是更核心的，也是小型化的主要目标。”团队研究员王表示，自诺贝尔物理学奖诞生以来，超过一半的奖项都与加速器和辐射源的应用有关。
传统的方案是在加速器两端施加高压，对低能电子进行加速。因为不可能无限高压的增加加速梯度，为了获得高能量，加速距离往往长达千米。直到2004年，被学术界称为“梦幻光束”的激光尾场电子加速横束[/k0/]，诞生了。美、法、英等国科学家在实验中取得激光尾流场电子加速的突破，使加速器有可能短至厘米。
“激光尾流场电子加速”可以形象地想象成电子在激光尾流中“冲浪”。王用一项水上运动“尾波滑水”作比喻:运动员在帆板上跟随快艇，利用快艇形成的波浪在水上冲浪。因为波速与船速相同，运动员会以接近船速的速度前进。
有趣的是，强激光也能在气体中激发出这种“波”，被俘获的电子像运动员一样随着激光向前奔跑，在极短的距离内逼近光速。
“我们在2012年立项，与美国、法国、德国、日本等国家竞争研发台式自由电子激光器。”王对说道。
背靠中科院上海光机所在超级激光领域的技术优势和实验便利，团队于2018年成功研制出稳定的台式激光电子加速器，这标志着我国台式电子加速领域实现了从实验到仪器的最关键转变。
2021年，我们团队基于激光电子加速器实验获得了极紫外波段自发辐射的放大输出，这是国际上首次验证基于这种新型加速器的小型化自由电子激光器的原理。《自然》杂志以封面的形式刊登了这一成果，评论道:“这一成果是自2004年‘梦光束’报道以来，激光尾流场领域的又一里程碑式的成就，将对同行研究人员产生重大影响，是一项重大突破。”
全长18米，其中加速器不足2米。目前，该团队已经成功地将一个典型的自由电子激光器结构缩小到1/20。
“它的特点是桌面化，成本更低，易于推广普及，使命是成为更多研究领域最先进的工具。”王说，目前，这项技术才发展了不到20年。与传统的科学仪器软X射线自由电子激光装置和硬X射线自由电子激光装置相比，其性能还有很长的路要走。
这一系列结果证明了激光尾场的电子加速可以作为自由电子激光，也使得小型化电子加速器的研究受到更多的关注。也许更多的大型设备会逐渐变小，应用到医院、学校等更多的科研领域。
记者了解到，该装置作为国家重大仪器专项建设内容，目前已开放运行，北京航空航天大学空、中国工程物理研究院等单位也依托该装置开展合作研究。“最近主要是器件性能的进一步优化，重点是驱动光源的稳定性和电子质量的优化，包括我们想把波长从极紫外波段推到X射线波段，以拓展器件的应用领域，进行大规模的开放操作。”王对说道。
此外，该团队还试图继续缩小设备的尺寸。例如，未来可以使用束流压缩技术来进一步增强电流强度，并将波荡器辐射段的尺寸从目前的10m缩短到2m。
出口海外的智能盾构机
在中铁装备盾构组装车间门口，一个直径近三层楼、蓝白相间的盾构刀盘正被吊上一辆重型运输车。不久，它将被投入以色列特拉维夫地铁隧道工程。这也是近年来中铁装备向以色列出口的第八台盾构机。除以色列外，公司出口到奥地利、意大利、葡萄牙、卡塔尔等国家的盾构设备也已铺开安装...
这家公司是怎么做出中国盾构机的？如何让中国的盾构机凭借强大的实力走向世界？日前，记者走进中铁工程装备集团有限公司郑州总部，现场感受大国重器的无敌威力。
中铁装备相关负责人介绍，全断面隧道掘进机根据应用地质条件不同分为硬岩掘进机、土压平衡盾构机和泥水平衡盾构机。中国习惯将后两种简称为“盾构机”。这种设备集机械、电气、液压、传感、信息、力学、制导研究等技术于一体，被称为“工程机械之王”。一台盾构机有几层楼高，几千吨重，有上万个零件，光是控制系统就有2000多个控制点。
中铁工程装备集团首席专家、副总经理王杜鹃告诉记者，过去，地下隧道曾经是很多重大工程的难点。传统的挖掘和挖掘依靠风钻、爆破、石渣刨等方法，安全性和效率都很低。
为加快基础设施建设，上世纪90年代，中国耗资7亿元从国外引进两台硬岩掘进机，用于西康铁路秦岭隧道建设。但这些进口机不仅价格昂贵，而且后续服务成本也较高。
杜娟和她的同事们心中都有一个梦想:我们一定要造出自己的盾构机！后来，她和同事们反复调查，反复尝试...2008年4月，中国第一台具有自主知识产权的复合材料EPB盾构机终于研制成功。随后，该样机应用于天津地铁工程，不仅开挖速度快，而且地表沉降控制在3mm以内。首战告捷后，这台功勋盾构机被正式命名为“中铁一号”。
国产盾构机实现了从无到有的突破后，要想继续发展壮大，跻身世界前列，就离不开技术的不断创新。
在智能产品创新方面，传统的隧道掘进机(TBM)是水平工作的，但当挖掘一口井时，例如，它需要垂直挖掘。为了满足垂直挖掘的需求，中铁装备十年来一直从事科研工作。
“为什么不把全断面隧道掘进机的概念应用到竖井掘进机上，开发新产品，开辟新品类。”2012年12月，时任中铁装备党委书记、董事长李建斌在一次内部技术研讨会上说。经过分析讨论，与会人员立即开始为全断面硬岩竖井掘进机的研发做准备。
为了设计出少人、无人、机械化、智能化施工的竖井掘进机，RD人员亲吻690米深的竖井，对出渣技术、推进技术、遥控技术逐一攻关。
终于在2021年，中铁装备历时10年研发制造的全断面硬岩竖井掘进机成功使用，解决了千米竖井掘进的世界难题，首次实现了“智能掘进不打井”的概念。
目前，中铁装备正积极布局智能盾构机和未来掘进机，面向行业技术发展前沿，开展激光和水射流等新型破岩技术、换刀机器人、无人值守智能掘进技术等储备研究。先后获得国家科技进步一等奖、二等奖、制造业单项冠军示范企业、中国好设计金奖、银奖、中国专利金奖等荣誉。2020年，中铁装备成功入选首批“科学改革示范企业”。
中铁装备质量管理部部长王劲松告诉记者，掘进机井下施工环境差，安全风险大，对设备要求高。如何控制产品质量是生产企业面临的首要问题。中铁注重细节控制，注重产品质量升级，推行精益生产，实行一票否决制、流程实名登记制、三级检验制，全力保障产品质量。
近年来，随着中铁装备攀登掘进机技术高峰，其产品和服务得到了国际市场的广泛认可。2021年，中国制造的硬岩掘进机“高加索”正式在格鲁吉亚的公路隧道中掘进。这个设备的直径是15.08米，总重量是3900吨。它完全是中国设计制造的，是中国自主制造的。具有长距离、深埋条件下的高效掘进能力。该设备刷新了世界硬岩掘进机掘进直径纪录，也是中铁装备服务全球地下工程建设的有力见证。
近年来，中铁装备生产的隧道掘进机正在成为一带一路国内的新产品。2015年，中铁装备一次性中标以色列特拉维夫地铁多台盾构机；2018年，中标意大利丹麦哥本哈根项目进入欧洲；2019年成功出口法国，用于巴黎地铁项目；2020年，泥水盾构出口波兰...
今年上半年，中铁装备积极克服疫情影响，抢抓机遇、攻坚克难，全力以赴推动各项经济指标高效落实。新签合同额同比增长58%，实现逆势上涨。截至目前，累计订单超过1400台，出口30多个国家和地区。
目前，公司产品广泛应用于国外铁路、公路、地铁、水利、矿山等建设领域，为数百个隧道和地下工程提供产品、服务和综合解决方案。相关设备产销量连续五年位居世界前列。
经济参考报版面
主编:徐爱琴
编辑:吴伟
