JBO竟博经典的磁流体是指在水、油或有机溶剂等载液中均匀分散有磁性颗粒的悬浮液。磁流体将磁性和流动性结合在一起，具有快速磁响应、可逆粘度变化以及可调的热和光学特性等特点。然而，传统磁流体载液的密度和沸点往往较低，影响了磁流体的悬浮稳定性和工作温度范围。近年来液态金属磁流体材料的出现显著改变了这一研究与应用格局。引入液态金属作为载液，不仅能克服上述限制，还使得由此制成的液态金属磁流体具有高导电性，从而大大扩展了磁流体的功能。此外，由于液态金属导电性与悬浮颗粒磁性之间的协同作用，液态金属基磁流体还拥有复杂的多功能特性。
在这篇综述中，中国科学院理化技术研究所刘静课题组与中国农业大学何志祝课题组介绍了制造液态金属基磁流体的主要方法，并阐述了每种方法制备的液态金属基磁流体的稳定性问题。随后，作者全面总结了液态金属磁流体的特性，并讨论了它们与传统磁流体的区别。作者进一步概述了液态金属磁流体在不同领域的应用，涵盖生物医学工程、热管理、印刷电子、柔性传感器和软体机器人等范畴。最后，作者探讨了液态金属基磁流体领域当前面临的挑战，并对该领域未来的研究和发展提出了深入的看法。该综述旨在加深学术界和工业界对液态金属基磁流体的理解，并促成对这一新兴领域开展更多研究和应用。相应工作以“Liquid Metal-Based Magnetic Fluids”为题发表在Nature Reviews Materials，理化所博士生向文韬和陆泳宇博士为共同一作，刘静研究员、何志祝教授和陆泳宇博士为共同通讯。
将液态金属和磁性颗粒结合存在诸多挑战，受到材料相互之间的弱润湿、密度差异、界面相互作用以及更多的不匹配行为等因素的制约，所有这些问题均会影响制备的液态金属基磁流体的质量JBO竟博、稳定性和使用寿命。目前，制备液态金属基磁流体主要包括两种方法，即氧化混合法和金属间润湿法。
氧化混合法利用搅拌、研磨、球磨和超声等技术破坏液态金属氧化层，并产生新的氧化物附着在磁性颗粒上形成涂层。由于新的氧化物涂层很容易与液态金属混溶，磁颗粒就这样与液态金属载液混合形成液态金属基磁流体。此外，还可以在磁颗粒表面包覆Al2O3或SiO2以进一步降低颗粒和载液的密度差或提高颗粒与氧化物的相容性。这种方法制备的液态金属基磁流体通常粘度较高、导电性有所下降。
金属间润湿法利用液态金属“胞吞”现象（将能够被液态金属润湿的颗粒予以内吞化）制备液态金属基磁流体。要实现润湿并启动这一过程，需要利用外部刺激（如机械应力或溶液）去除液态金属的氧化层和磁性颗粒的氧化壳。金属间润湿法能得到导电性和流动性较好的液态金属磁流体，但这种方法只适用于能被液态金属润湿的金属磁性颗粒，且磁性颗粒可能与液态金属形成合金从而被腐蚀。此方面可在磁性颗粒上包裹一层致密且与液态金属润湿性良好的金属外壳（如Ag），以增强颗粒与液态金属的润湿性，并保护颗粒不被腐蚀。
对比传统磁流体，液态金属基磁流体表现出良好的重力稳定性，胶体稳定性和化学稳定性。（图1）
传统载液的热导率和电导率通常较低，而液态金属载液的金属特性赋予液态金属基磁流体较高的热导率（~15-28 W m-1 K-1）和电导率（~106 S m-1）。液态金属基磁流体的热导率和电导率受到磁性颗粒含量和制备方法的影响。此外，在磁场作用下，液态金属基磁流体还显示出各向异性的热导率，沿磁场方向的热导率更高。
液态金属基磁流体也具有典型磁响应特性，例如Rosensweig不稳定性。除了磁性颗粒的固有特性外，液态金属基磁流体还因液态金属载液的导电性而具有电磁感应能力，能对变化的磁场产生电流，而电流反过来又会产生一个与原磁场反向的磁场。这种相互作用导致液态金属基磁流体产生复杂的行为，如形成涡流、对流和磁流体动力学效应。目前对液态金属基磁流体磁性的研究主要集中在其磁化率和磁导率上。
液态金属基磁流体还具有优异的磁热效应。与传统的磁流体相比，在液态金属基磁流体中，液态金属载液的焦耳加热和磁性颗粒的感应加热相结合，大大增强了磁热效应。这拓展了液态金属基磁流体的潜在应用领域，包括用于肿瘤热疗和形状可重构机器人。
液态金属基磁流体也表现出典型的磁流变行为。传统的磁流变液体在外加磁场的作用下，粘度会快速、可逆地增加，在几毫秒内即提升数个量级，这种现象被称为磁流变效应。磁流变效应也存在于液态金属基磁流体中。此外，液态金属固体氧化物赋予液态金属基磁流体非牛顿流体特性。目前对液态金属基磁流体的磁流变特性的研究主要集中在其粘度、屈服应力、粘弹性和刚度上。（图2）
目前，液态金属基磁流体逐步应用于许多领域，包括生物医学工程、热管理、印刷电子、柔性传感器和软体机器人技术等方面。
在生物医学工程领域，液态金属基磁流体可受磁场控制，用于装载物体或靶向递送药物。利用其可调硬度，液态金属基磁流体可被制作成硬度可调的生物电极或支架。液态金属基磁流体还被用于开发抗菌剂和治疗肿瘤的柔性贴片。此外，液态金属基磁流体在医学成像方面也很有价值，因为其密度高，在X射线下清晰可见，且位置可控。（图3）
在热管理领域，在液态金属中引入磁制冷颗粒可以制造磁制冷液态金属基磁流体，解决固体磁制冷材料易脆和导热性较差的问题。液态金属基磁流体还可被用于相变材料或热界面材料。由硬磁性颗粒组成的液态金属基磁流体在磁化时，颗粒会相互吸引形成多孔结构，从而有效吸附并固定液态金属，使其在相变过程中无泄漏。液态金属基磁流体还可以与弹性体混合开发导热和导电复合材料，具有高效热管理和屏蔽电磁干扰双重功能。（图3）
在印刷电子领域，氧化混合法制备的液态金属基磁流体墨水具有出色的粘附性，可通过各种印刷技术或磁铁引导印刷在基底上创建图案。为防止液态金属泄漏，可使用硬磁性颗粒使液态金属固定于磁化颗粒的多孔结构中，或利用热处理来增加液态金属基磁流体中金属间化合物的形成，将其从液态转变为液固双相材料。还可将液态金属基磁流体颗粒封装在聚合物中制作导电图案。（图4）
在柔性传感器领域，液态金属基磁流体可对热场、电场和磁场等激励做出反应，并可适应各种界面，已被用作磁交互式突触装置的栅电极，或具有磁控制位置能力的心电图电极。液态金属基磁流体还可以被制作成平面线圈，由外加磁场驱动并产生感应电压，为软体机器人的自感应磁驱动提供可能。还可将液态金属基磁流体加入聚合物基质中，以感知机械应变或磁场。（图4）
在软体机器人领域，液态金属基磁流体具有对磁场的快速响应、出色的形状适应性、可调刚度和高导电性，可以被开发为液滴机器人，作为磁控开关，并实现各种二维和三维运动。这种液滴机器人还能够通过固液相变重新配置形状，并能承受载荷。将液态金属基磁流体与聚合物结合可有效防止泄漏、腐蚀和表面污染，同时还能形成复杂的形状。加入硬磁性颗粒组成的液态金属基磁流体还能开发出磁化可编程的软体机器人。（图5）
目前液态金属基磁流体仍处于初期发展阶段，该领域面临许多机遇和挑战。对此，作者们从材料设计，多场协同作用和潜在的应用场景三个方面剖析了液态金属基磁流体领域的挑战和未来发展方向。
首先，合理设计液态金属基磁流体材料以达到其所需的密度、流动性以及热、磁、电、光或生物相容性能，对于满足各种实际应用至关重要。未来要开发高性能液态金属基磁流体，需要合理的多尺度制备和设计策略，以解决其多功能特性、可操作性和长期稳定性之间的权衡问题。这主要包括对液态金属载液和磁性微纳米颗粒性能的设计和调节。
其次，尽管液态金属基磁流体在多种物理场下表现出丰富的行为，但液态金属载液与磁颗粒之间复杂的相互作用也给理解协同效应和控制多种功能带来挑战。由于液态金属不透明，表征液态金属磁流体中液态金属-磁颗粒的相互作用较为困难。不同条件下的液态金属-磁颗粒反应也需要进一步探讨。另外，由于液态金属基磁流体兼具高导电性和磁性，因此会对多场产生复杂的协同反应。对液态金属基磁流体施加多种物理场和刺激（如电磁场、温度刺激和化学刺激）有望实现多种功能。
最后，液态金属基磁流体还有潜力在软体机器人、生物医学工程和催化等领域继续发挥作用。例如，在软体机器人领域，可望进一步发展无需外部设备即能产生磁场的集成式液态金属基磁流体软体机器人，或者开发多功能、小尺寸软体磁性机器人，以实现密闭空间的磁操作如微加工和管道检查。在生物医学工程领域，将液态金属基磁流体微粒开发成微马达用于体内靶向给药和肿瘤血管栓塞制剂具有很大潜力，但其在人体中使用的安全性和可靠性还需进一步提高。在催化领域，利用液态金属基磁流体在磁场下的磁颗粒聚集行为，可以在施加磁场的位置靶向暴露和聚集颗粒催化剂。一旦磁场被移除，磁颗粒就会重新分散到液态金属中被保护，以避免颗粒发生氧化和腐蚀。
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