提到液态金属，同学们通常会联想到科幻电影《终结者2》里不苟言笑的机器人杀手T-1000。他能聚能散，能屈能伸：上一秒是一摊铁水，下一秒就变成冷酷猛男。他能隐形，拦不住、甩不掉，“液态金属”似乎和阴魂不散画上了等号。

從形态上看，这液态金属就像几十年前人们常用的体温计里装的汞，也就是我们常说的水银。如今，随着人们对汞的危害了解增多，以汞为原料的体温计逐渐退出了家庭。如果你现在还想买液体体温计，也许能遇上我们本期的主角——镓（jiā）。

镓是化学史上第一种先由理论预言，而后在自然界中被发现验证的化学元素。1871年，编制了世界上第一张元素周期表的俄国化学家门捷列夫根据自己总结的元素周期规律，提出了一个预测：自然界中存在一种原子量大约是68、密度5.9g/cm3、性质与铝相似的元素，它应被排列在元素周期表中铝元素的下方。

门捷列夫的这一预测，在1875年被法国化学家布瓦博得朗证实。他在观察从闪锌矿矿石中提取的锌的原子光谱时，发现了一条新的紫色色带，他意识到，这条色带对应着一种未知的新元素。布瓦博得朗提取并提纯了这种新的金属，并证明了它的性质确实与铝相似。这种元素被布瓦博得朗以祖国法国的曾用名“高卢”命名，中文写做“镓”。

镓在自然界中“隐藏”得很深，它熔点仅有29.78℃，沸点却高达2403℃，因此多数时候都以液体的形态在各类物质中四处“游荡”，很少独立存在。镓在铝土矿、闪锌矿、黄铁矿等矿石中含量很少，只有化学家们在高温灼烧矿石时，它才会以化合物的形式挥发出来，还要经过多种提纯手段精炼，才能得到纯粹的镓。如果没有门捷列夫的预言，也许镓的真面目还不能那么快被揭开。

《终结者2》里神通广大的机器人杀手能随心所欲地变成任何形状，甚至可以穿墙入室完成任务，被武器击毁后也能自动愈合，简直让人束手无策。如果现实中人们也要造这样一个机器人，那么镓无疑是目前能找到的最适宜的材料。2014年9月，美国北卡罗来纳州的一个科研团队研发出一种可自我修复的变形液态金属，人类离打造变形机器人的目标更近了一步。

科学家们使用镓和铟形成一种固溶合金，它在室温下就可以成为液态。这种液态合金的表面张力很高，在不受外力的情况下，能保持一个几乎完美的球形。同时，它对电流很敏感，只要有少量电流通过，其表面张力就会降低，球形的金属“水珠”迅速“融化”成一摊“水”;而如果取消电流，它又会慢慢聚成一个球。更改电压大小，还可以调整它的表面张力和粘稠度，从而令其变为不同的结构。这样的话，只需要改变电流，制造一个可变形的液态机器人就不再是幻想。

这种变形机器人还可以自主“进食”和运动。2015年，中国科学院和清华大学的联合研究小组研发出世界首个自主运动的可变形液态金属机器人：当镓基液态合金被置于电解液中时，它可以铝为“食物”，通过“摄入”铝获得能量，实现高速、高效的长时间运转。实验显示，一小片铝即可驱动直径约5毫米的液态金属球实现长达1个多小时的持续运动，速度高达每秒5厘米。

液态机器人看起来充满了科技感，但就像电影中呈现的那样，它很可能会失控给人类造成负担，因此科学家们暂时还没有制造液体机器人的想法。但是，用镓制造的合金无疑给人类推开了一扇新世界的大门。

芯片是现代社会最重要的科技元件之一，我们每天玩的手机、用的电脑、看的电视、听的音响，里面都有芯片。若没有芯片，就没有现代世界里轻巧又好用的高科技产品;而芯片的出现离不开半导体。半导体指常温下导电性能介于导体与绝缘体之间的材料，随着温度、电场方向等因素的变化，半导体的导电性会发生相应的变化。正是因为具有这样的特性，半导体才能实现可控导电和通信等功能。

人们用以硅材料为代表的第一代半导体取代了笨重的电子管，制出了以芯片为代表的集成电路，推动了微电子工业的发展和整个IT产业的飞跃。然而，尽管硅拥有很多优越的电子特性，但经过几十年的发展，这些特性已经快被用到极限，科学家已很难用硅再造出性能更优异的芯片，他们一直在寻找能替代的半导体材料，以制造未来的电子设备。这时候，化合物半导体进入了科学家的视野。

化合物半导体是指由两种或两种以上元素形成的、具有半导体性质的化合物。1928年，科学家用2000℃以上的高温和近万个大气压的苛刻条件，将金属镓和氮气合成为一种新的化合物半导体材料——氮化镓。当时他们没有想到，在经历了将近一个世纪不温不火的状态后，氮化镓这种半导体材料焕发出了新的生机。

与硅、锗等传统半导体材料相比，氮化镓拥有更大的带宽、更高的漏极效率、更强的耐热性、更高的击穿电压、更强的抗辐射能力和更强的压电性。这些优势使氮化镓更适合制作大功率高频的功率器件，实现器件体积更小、功率密度更大。

在电源设计过程中，通过氮化镓技术，能够将电源系统中的大部分功能和控制电路集成在一颗小芯片内，从而让印制电路板上的电路更加精简。得益于氮化镓芯片的应用，我们现在使用的充电器实现了功率更高、充电速度更快、体积更小、散热更优等优势，成为一些厂商提升品牌价值的“竞争武器”。

氮化镓芯片制成的电子器件，可在200℃以上的高温下工作;氮化镓芯片应用在电力电子器件中，可使系统能耗降低30%以上;氮化镓芯片作为微波通信基站的核心材料，能使得基站传输覆盖面积比目前提升1倍以上。

对中国来说，氮化镓芯片更是突破国外芯片技术封锁的绝佳武器。因为与落后两三代的硅基芯片相比，氮化镓芯片产业在世界范围内都处于起步阶段，在氮化镓芯片技术上中国与发达国家可谓并驾齐驱。

未来，氮化镓芯片将在半导体照明、新一代移动通信、智能电网、高速轨道交通、新能源汽车和消费类电子等领域全面开花，镓元素将从方方面面改变人们的生活。