2025年中国液态金属行业概览：液态金属赋能工业新变革（精华版）

www.leadleo.com400-072-5588✓液态金属材料的物理化学特征优势显著液态金属因原子无序排列且微观结构均匀而相对于传统金属材料具备更高的强度、硬度和耐磨性，弹性形变能力也更强；同时，液态金属具备熔沸点范围较宽、高粘度和表面张力、较低密度、较高导电率和导热率、生物毒性极低等特性，在冷却、柔性电路、生物医学等领域应用优势明显。相较于传统金属材料，液态金属具备高强度、硬度和耐磨性、强弹性形变能力、熔沸点范围较宽、高粘度和表面张力、较低密度、较高导电率和导热率、生物毒性极低等特性，在电子电路、医疗健康、可穿戴设备甚至柔性机器人等领域具备强大发展潜力，但目前受制于材料和封装等技术瓶颈，液态金属行业的产业化应用趋势尚不明晰，仍有待技术进一步创新突破。本报告将重点梳理中国液态金属行业的基础背景、原材料、制程工艺及应用场景，并对该行业的产业化应用瓶颈做出具体分析。此研究将会回答的关键问题包括：1）中国液态金属行业的产业链上中下游发展现状如何？2）液态金属主要面向哪些应用场景？是什么因素制约了液态金属行业的产业化进程？观点摘要✓高纯镓是镓基液态金属的主要原材料，中国在镓资源储量和产量方面均处于全球领先地位，镓资源供应充足高纯镓是镓基液态金属的主要原材料，目前全球约90%的镓提取自铝土矿生产氧化铝的循环母液。在循环母液基础上通过镓富集、碱化造液、电解、分解结晶等工艺流程即可得到高纯镓；中国在镓资源储量和产量方面均处于全球领先地位，充足的镓资源供应将为中国液态金属行业提供原料成本优势和技术迭代基础，助力液态金属向各应用领域渗透。✓液态金属的下游应用场景众多，包括热管理、制氢、3D打印、柔性机器人等领域目前液态金属的产业化应用领域主要是高端芯片散热，液态金属凭借优异的导热性和流动性充当热界面材料，常用的液态金属TIMs材料有液态金属热膏、液态金属导热片和液态金属导热硅脂。而制氢、3D打印和柔性机器人等其他应用领域囿于技术尚未成熟而仍处于实验室研发阶段，未实现产业化应用。✓目前液态金属行业的产业化应用瓶颈主要体现在材料和封装两个维度在材料维度，液态金属所采用的6N高纯镓含有微量的Na、Mg、Al等多种杂质元素，囿于材料体系搭建尚不完善，杂质类型和性质的不确定性对液态金属改性所带来的后果难以预期而导致产业化进程趋缓；在封装维度，囿于技术原因，固液相变复杂、流动性强、表面张力大等特性使得液态金属封装仍存在材料兼容性、结构设计、工艺优化、高成本等瓶颈。 2 www.leadleo.com400-072-5588◼液态金属的定义与分类液态金属是一系列熔点低于或接近室温的金属或金属合金材料的统称，它在室温或较低的加热温度下呈现出一种可流动、不定型的液体状态，具备低熔点、导电性强、导热率高、流动性好、液态温区宽、表面张力大、易被改性等特征，可应用于消费电子、航空航天、军工国防、生物医疗等领域。◼镓基液态金属因安全无毒且性能稳定优异而被广泛应用广义的液态金属既包括在常温常压下呈现自然液态的金属单体及其合金等传统液态金属，也涵盖在特定条件（温度、压力、电场等）下具备流动性的金属及合金体系。目前常见的液态金属单体有汞、铷、铯、钫、镓，其中汞、铷、铯、钫因化学性质不稳定而应用受限，镓则应用相对较广；液态金属合金主要有镓基合金和铋基合金两大类，其中镓铟合金与镓铟锡合金等镓基合金凭借较低熔点、较高导电性、导热性及抗氧化性而被广泛使用，应用占比超50%，是市面上主流应用的液态金属类型。液态金属的分类来源：新材料在线，热管理实验室，专家访谈，头豹研究院常见的液态金属单体/合金熔点及特征梳理 3 www.leadleo.com400-072-5588◼液态金属的材料特性（1/2）液态金属与传统金属材料在结构上存在本质差异，液态金属因原子无序排列且微观结构均匀而相对于传统金属材料具备更高的强度、硬度和耐磨性，同时弹性形变能力也更强。◼液态金属与传统金属材料在结构上存在本质差异。铝、镁、不锈钢等传统金属材料在常温下呈固态，原子按规则晶格结构有序排列，有晶界，但微观结构不均匀，导致传统金属虽具备一定的强度和硬度，但性能存在波动性和局限性，如晶界会散射电子从而使得金属的导电性下降。而液态金属是非晶结构，组成原子无法规则排列，冷却时直接从液态转变为非晶固态，均匀的微观结构使得液态金属原子间的结合力分布均匀，相比于传统金属材料往往具备更高的强度、硬度和耐磨性，同时弹性形变能力也相对更强。◼具体而言，在抗弯强度方面，由于液态金属具备均匀的原子结合力和无缺陷的微观结构，其应力分布更均匀，抗弯强度达2200MPa，显著高于传统金属材料；在弹性形变方面，液态金属的弹性应变能量高达19MJ/m2，远高于应变能量达2.2MJ/m2的弹簧钢，相对于传统金属材料而言其弹性性能优越且无塑性形变，更能确保成型与使用尺寸精度；在硬度方面，液态金属成型后在不需要做任何表面强化处理的情况下表面硬度达480-520HV（相当于约50HRC），普遍在传统金属材料的2倍以上，达到了钢材热处理硬化后的标准，可直接用于许多有硬度要求的场景；在耐磨性方面，液态金属和传统金属材料按照同样的方式进行耐磨实验，液态金属几乎没有质量损失，耐磨性较高。液态金属与传统金属材料的基本属性对比来源：逸昊金属，头豹研究院 4 www.leadleo.com400-072-5588◼液态金属的材料特性（2/2）以应用最广的镓基液态金属为例，液态金属具备熔沸点范围较宽、高粘度和表面张力、较低密度、较高导电率和导热率、生物毒性极低等特性，在冷却、柔性电路、生物医学等领域应用优势明显。与普通流体和导体对比，镓基液态金属具备低熔点与高沸点并存、高粘度和表面张力、较低密度和较高导电率和导热率等特性：◼镓基液态金属的熔沸点范围较宽，镓的熔点为29.76℃，与其他金属形成的合金熔点会降到更低，而沸点较高（蒸汽压较低），这意味着镓基液态金属在较大温度范围内能够稳定地维持液态，在芯片散热、柔性电路、电池能源等领域具备较强的应用优势，如在芯片散热领域，镓基液态金属可作为循环冷却介质，在高温下不气化、不分解，实现稳定传导热量并有效降低芯片温度。◼镓基液态金属兼具高粘度和高表面张力，因而具备光滑表面和高表面能，这一特性被利用在一维材料生长、二维材料生长、有机物催化以及光催化中以加速化学反应和提高产物生成率。其他材料的渗入会改变镓基液态金属的粘度和表面张力，如在金属表面覆盖氧化物颗粒或聚合物对其进行改性可得到核壳结构，从而实现弹性和表面张力增强而表面粘度降低。◼镓基液态金属具备较高导电率和导热率，虽不及铜和银，但可通过渗入铜粒子、铝粒子等导电率及导热率更高的粒子来改善，如使用由聚二甲基硅氧烷、镓铟锡共晶合金和氮化铝混合制备的新型液态金属热脂在计算机中央处理器的冷却测试中的运行温度比商用热脂产品低4℃，由此可见，镓基液态金属在冷却方面的应用潜力较大。◼相对于汞、铜、银等传统金属，镓基液态金属的密度较低且几乎不具备生物毒性，可应用于轻量化的电子设备与柔性器件、医疗诊断与生物医学等场景。常见镓基液态金属与普通流体和导体的物理性质对比来源：材料导报，头豹研究院*EGaIn（镓铟共晶合金）由质量分数为75%的镓和25%的铟组成，Galinstan（镓铟锡共晶合金）通常由质量分数为68%的镓、22%的铟和10%的锡组成。 5 www.leadleo.com400-072-5588◼液态金属的制程工艺真空压铸成型是目前液态金属结构件生产所普遍采用的成型方式之一，与其他传统的金属制程工艺相比，液态金属的压铸工艺具备低成本/零件高复杂形状、净成型、小公差、高弹性等多方面优势。◼液态金属结构件的生产工艺主要包括低温熔炼和成品压铸两个核心环节，其中在低温熔炼阶段，将镓、铟、锡等低熔点金属按照特定配比混合融化后，可选择性地采用浸渗或涂层等工艺将镓、铟、锡等低温熔炼材料与铁、铝等高温熔炼材料相结合，形成的复合材料或构件可实现不同材料间的功能互补，如兼顾高强度、良好的导电、导热性等特性，接着通过真空压铸条件将液态合金快速注入精密模具型腔，并利用液态金属良好的流动性填充复杂结构，在模具冷却系统作用下迅速冷却凝固成型，后陆续经过切模、去毛刺、CNC加工和抛光、喷涂、拉丝等表面处理工艺得到液态金属成品。◼通过对比液态金属与其他金属的制程工艺可以发现，相比于常规压铸、MIM、熔模铸造、机械加工、冲压成型等传统金属制程工艺，液态金属的压铸工艺具备低成本/零件高复杂形状、净成型、小公差、高弹性、高表面光洁度、高硬度、废弃物少等多方面优势，有利于助力下游电子制造、医疗、航空航天、汽车等行业突破传统工艺瓶颈，驱动技术迭代与产业升级。液态金属结构件的生产工艺流程来源：逸昊金属，头豹研究院完整版登录www.leadleo.com搜索《2025年中国液态金属行业概览》 液态金属与其他金属的制程工艺对比 www.leadleo.com400-072-5588◼液态金属的行业应用（1/4）目前液态金属的产业化应用领域主要是高端芯片散热，液态金属凭借优异的导热性和流动性充当热界面材料，常用的液态金属TIMs材料有液态金属热膏、液态金属导热片和液态金属导热硅脂。◼芯片散热是液态金属实现产业化应用的主要领域之一，由于高成本限制，目前主要应用于高端芯片散热领域。在芯片散热系统中，TIM 1通常由硅胶、环氧树脂等高分子基材和氮化硼、氧化铝、石墨烯等导热填料组成，TIM 2的材料组成同样包括基材和导热填料，其中基材除了高分子材料外有时还会采用液态金属等特殊材料。常见的液态金属TIMs材料有液态金属热膏、液态金属导热片和液态金属导热硅脂，这些液态金属导热材料不仅具备优异的导热性能，界面热阻小，导热系数是传统导热膏、焊料、导热垫的数倍至数十倍，还具有良好的流动性，能够很好地适用均热板和散热器间的复杂形状与微小间隙，进而提高热传递效率。◼目前，液态金属TIMs材料已被广泛应用于消费电子领域中高端游戏本、笔记本、高算力服务器等设备的高效散热，主要应用案例有索尼PS5Pro在其AMD芯片和散热器之间使用液态金属散热、华硕ROG系列笔记本于CPU上方之散热模块涂抹液态金属等。伴随液态金属材料和技术发展趋于成熟，应用成本不断下降，液态金属冷却技术除应用于传统的电子散热场景外，还有望逐步拓展到光电器件、能量储存、发动机冷却、热点转换等领域。液态金属作为热界面材料（TIMs）的应用来源：热管理实验室，前瞻科技杂志，导热邦，华硕，电子机械工程，头豹研究院完整版登录www.leadleo.com搜索《2025年中国液态金属行业概览》 7 www.leadleo.com400-072-5588◼液态金属的行业应用（2/4）利用液态金属作为传热介质和催化剂的熔融金属法甲烷裂解制氢是液态金属的应用方向之一，该制氢技术虽具备显著的环境效益，但当前该技术仍处于实验室研究阶段，大规模推广应用面临挑战。熔融金属法甲烷裂解制氢工艺流程来源：石油与天然气化工，化工进展，头豹研究院不同制氢工艺对碳排放的影响 8◼目前甲烷水蒸气重整（SMR）是全球天然气制氢主流应用的工业制氢技术，但存在高能耗、高碳排放等问题，为应对传统甲烷制氢的弊端，近年来有学者提出熔融金属法甲烷裂解技术，主要工艺流程是通过利用液态金属作为传热介质和催化剂促使甲烷在液态金属中直接裂解，生成氢气和碳材料，生成的碳材料由于其密度远低于液态金属而自发漂浮在金属表面，实现固体炭直接分离。由于该技术在生产氢气的同时还能产生具有附加值的碳产品，且不直接产生CO2排放，有助于降低制氢成本并提高系统的经济可行性，因而具备显著的环境效益和广阔的应用前景。◼通过对比SMR工艺与熔融金属法的碳排放情况可知，不同供能方式下熔融金属法单位输出氢能对应的CO2排放量均低于SMR工艺；而当SMR工艺装备碳捕集设施后，其碳排放量从1kg H2产生CO2排放量9.18kg降至1.57kg，此时对于熔融金属法甲烷裂解技术而言，仅有电供能以及燃烧部分氢能供能才能与之竞争；若基于碳供能和天然