液态是物质存在的基本形态之一，在自然界、在生命体中，在人们日常生活中存在。地球表面大部分被水覆盖，地球内部则是熔融的岩浆。在生命体中，液体是主要组成部分，是生命赖以生存的基本因素。在材料制备和化工过程中，很多以液态为母相，由液态物质或通过液态物质制备固态物质，如冶金、晶体生长、玻璃制造、化学制品、药品等。人们生活中*的饮料、食油、燃油、药水，日常使用的洗涤剂、墨水、胶水、油漆等也都是液体。液态存在的普遍性和液态物质的重要性已尽人皆知。人们对液态的研究已有很长的历史。可是，对液态的微观结构、物理性质和变化规律的深入研究和认识，还是近几十年的事，有些则刚刚开始。

什么是液态，很难用一个严格定义来表述。一般认为，液体是有一定体积而不永远保持自身形状的凝聚物质。然而，有些情况下，不易区分一种物质是属于固态还是液态。例如，熔化的玻璃冷却时随温度降低逐步变硬，胶水逐渐变干，液一固混合物随液-固比例不同的变化过程等。

一般说来，液体可分为简单液体和复杂液体（compLex fLuid）两类。简单液体是指物质熔化或溶解形成的物态，例如液化的气体、水、液态金属、熔盐、熔态玻璃、各种真溶液等。在这些体系中，不管组分是简单还是复杂，其原子或分子基本上是均匀地、无序地分布，呈现典型的液态特征。复杂液体则是指液体中包含很大的分子（如聚合物）或固体颗粒、液体微滴、气泡等，形成互不相溶的混合物。常见的复杂液体有聚合物、液晶、悬浮液、混合液、胶体、泡沫等。显示出与简单液体很不相同的特性。简单液体和复杂液体的主要区别可概括如下：简单液体中，主要是近邻原子或分子间的相互作用，作用尺度大约为几个埃的范围；相互作用能大体相应于分子的动能，约为kT（k为波尔兹曼常数，T为温度）的量级；原子或分子运动到邻近位置的时间很短；对这种液体施加任何切变作用都会引起液体流动，粘滞系数与切变速率无关，为牛顿液体。而复杂液体中分子或组成的单元尺度很大，为几十或更大；相互作用能比kT大得多；分子或构体单元运动速度也慢得多；粘滞系数与切变速率有关，一般属于非牛顿液体。

液态物理的研究，对于简单液体，主要是研究其微观结构、性质，及其相互关系和变化规律。同时还包括液-固、液-气转变及有关的表面和界面问题。对于复杂液体，则还应考虑构成单元之间的相互作用和变化规律。下面将概述有关的研究进展和状况。为讲述方便，下述的“液体”一般指简单液体，而对复杂液体则特别注明。

液体中原子或分子不像晶体中那样周期性排列，而是无序地分布。粗粗看来，似乎很难描述，但仍有一定分布规律。液体中原子之间的相互作用与固体中相似，有离子键、金属键、共价键、分子键等。这些相互作用使原子凝聚在一起。两个原子之间的距离小不会小于两个原子半径之和，而大一般不会形成容许另一个原子可以进入的空洞。因此，一个原子周围总是有若干原子与它形成某种配位状态。以一个原子为中心向外的分布规律可以用一种径向分布函数来描述。径向分布函数是描述液体平均结构的方法。对于液态金属，可用硬球无规密堆积模型来近似表述其结构。由于原子无规分布，液态金属的密度一般比对应的固态低5％左右。平均原子间距略有变化，原子的配位数为9-11。对单组元液态金属的结构研究较多，这类金属在固态的结构一般为面心立方、密堆六方或体心立方，但液态的结构大致相同，只略有区别。离子晶体熔化后通称熔盐。由于正负离子间的库仑相互作用较强，一般形成正负离子配位，即正离子为负离子配位，负离子为正离子配位。研究较多的是金属卤化物熔盐。其配位数与晶态相近，原子间距多数比晶态中略小。然而第二配位层的情况比较复杂，有些差别很大。除此之外，还研究了一些熔点较低的熔盐体系，如氟化物、硫化物、硒化物等。一般氧化物熔点较高，结构研究开展甚少。

共价结合的半导体，如Si、Ge、Gasb等熔化后，共价键被破坏，成为金属态，密度增大，结构变化很大。上述这些半导体，固态原子配位数为4，液态平均配位数则为5-7左右，与液态金属比较接近。这种变化是值得深入研究的问题。

研究液体结构主要用X射线或中子散射方法。近年来，用X射线吸收精细结构谱（XAFS）方法研究熔体结构也获得很好结果。这些方法可测量液体的径向分布函数，得到配位数、原子间距等结构参数。此外，其它一些方法也可提供某些结构信息。

液体物理性质的研究范围很广，大部分固体中研究的性质可在液体中进行对比研究。除此之外，液体的表面张力、粘滞性和流动性是液体*的性质。下面略述液体中一些引人注意的重要现象和性质。

元素周期表中约五分之四的元素是金属，这些元素液态时仍保持其金属性。一些非金属元素如C、Si、Ge、Te等熔化后也成金属态或半金属。除气体元素外，只有Se和S的液态为非金属。

液氦具有特别的性质。液氦是自然界凝固点低的物质，可以在接近温度零度时以超流现象，即其粘滞性几乎等于零，可以无阻力地流动。这是一种宏观量子效应，其它液体不会产生这种现象。

化合物或混合物溶化后的性质与其结构密切相关。对于液态合金研究较多。其中受到注意的是有关金属-非金属转变的现象。AuCs和Mg3Bi2合金是典型的例子。这两种合金在固态时为金属，液态则成为非金属。一般认为这是由于液态时具有离子结合的特征，形成异类原子的配位结构。很显然，这也可看作是这类二组元液态合金随成分变化而发生金属-非金属转变，因为Au、Cs、Mg、Bi在液态时均为金属态，Au-Cs和Mg-Bi体系成分改变至AuCs和Mg3Bi2时逐渐变成非金属态。这种转变机理的研究受到很多关注。元素溶化后也可发生互不相溶的情况，就象水和油互不相溶一样。例如，液态Se和液态Rb在一定温度和压力范围存在互不相溶的两相区，这一问题尚未深入研究。

固体熔化、液体结晶是重要的物理现象，以来进行了很多研究。到目前为止，熔化的微观机理仍是没有解决的问题。另一方面，结晶的微观过程也很不清楚。核心问题是固-液界面的结构和性质如何。这涉及界面附近液体中、固体中及液-固间原子的相互作用，这仍然是物理学家的难题。谈到熔化，人们自然会提出这样一个问题，为什么一般观测不到过热熔化现象，即在通常情况下，晶体总是在熔点熔化，不会超过熔点才熔化。相反，液体结晶时却可过冷，甚至可有很大的过冷度。这种结晶的过冷度是由于晶核形成能的要求，已得到比较深入的认识。熔化不需过热这一现象表明，在达到熔点以前晶体中已有某种液核形成，称之为预熔化。近年来才得到比较可靠的观测结果。实验发现，晶体的某些表面在熔点以下开始发生表面熔化。例如，单晶Pb的（110）面在低于熔点40度时就发生几个原子层的熔化，随着温度升高，熔化层厚度增加，达到熔点时则晶体熔化。此外，还观测到冰、AL、Au等的表面熔化现象。其中冰在零下20度就可发生表面熔化。对表面熔化的研究也是当前热点之一。

液-气转变临界点附近的性质也是有兴趣的问题。液-气转变时性质的变化比液-固转变时大得多。这是由于液-固转变时原子的局域结构变化小，密度变化也不大。而液-气转变时变化则很大。例如，金属熔化时体积只改变百分之几，电导率也变化不大。然而液态金属气化时，密度和结合形式发生了根本变化，气化后成为非金属，原子间成为范德瓦尔斯弱相互作用。由于一般元素临界温度很高，临界气压较大，研究临界点附近的性质和结构很困难。目前可获得较好实验数据的主要还是临界温度较低的Hg、Cs、Rb、K、Na等元素，它们的临界温度分别为1478℃、1651℃、1744℃、1905℃和2212℃。

水是重要的液体。水对于生命体、环境、工农业及人们日常生活至关重要，水的研究已形成一门专门的科学。然而，无论是对水本身还是对水和其他物质相互作用的认识还需大大加深。例如，在生物体中，水的作用和变化就很复杂，远没有认识清楚。就水本身而言，为什么在4℃时密度大，直到近才报道了这一现象原因的微观结构解释。

复杂液体包含很广的领域和丰富的科学内涵。液晶及聚合物均属于复杂液体，已受到广泛重视，并被很多人了解，不再详述。这里介绍其他一些复杂液体。悬浮液是液体中加入不溶微粒而成。悬浮液中颗粒，可以是均匀分散的，在有些情况下颗粒集聚有自组织形为。例如，纳米尺度的金胶粒在溶液中会因其相互作用而产生分形结构，即密度和体积为分数维关系（图1）。在外场作用下，有些悬浮液会出现特别的结构和性质。磁流体（ferrofLuid）是用尺寸约10纳米铁磁颗粒制成的悬浮液，在外磁场作用下，这些颗粒形成迷宫状的自组织图象（图2）。这种效应已用于真空密封。电流变液（eLectrorheoLogica fLuid）则是将介质颗粒与不导电的液体混合而成。在电场作用下，颗粒可形成链状或柱状分布。在柱状分布时，颗粒会象晶体中原子那样有序排列。随着电场强度的变化，电流变液的粘滞性发生很大变化，从类似液体变成类似固体。这种通过电场强度调节物质软硬的效应在技术上有重要应用前景，已逐渐发展成新型的智能液体。当悬浮液中的颗粒尺度与光波波长相近时，若采用适当方法将颗粒有序排布，就可形成“光子晶体”，光在其中传播特性就会象电子在晶体中传播那样，具有能带结构和局域化现象。目前正在实验上努力实现这种效应的观测。

液-液分散体系是另一类复杂液体。油和水形成的乳液就是其中一种（常见的牛奶就是乳液）。随分散体系中液滴尺度的不同，还可分成不同类型，性质各不相同。通过添加表面活性剂（surfactant），可形成热力学稳定体系。当微滴尺寸为几纳米至几十纳米时，形成微乳液（microemuLsion），看上去就象真溶液，可稳定存在。若是油包水型微乳液，其中水的结构和性质会与普通水很不相同。对这些体系的研究与生命体中的体液、细胞、细胞膜及其功能密切相关，也与生物工程、材料制备、石油探采及人们的日常生活（如药品、洗涤剂、化妆品等）密切相关。

上述各种复杂液体，各自具有特殊的结构和性质，有与简单液体不同的相互作用和变化规律，对它们的研究不但可丰富我们对物质世界的认识，而且有重要的应用背景。然而，由于其组成和结构的多样性、相互作用的复杂性，以及其特殊的性质，深入研究和认识这些复杂体系，是物理学家面临的挑战。

液态物理是凝聚态物理的重要组成部分，其对象广泛、内容丰富。与人们对气体和固体的认识相比，对液态的认识还很不深入。这主要是研究液态存在着理论上和实验上的困难。随着实验技术的发展，理论和计算能力的提高，特别是社会和技术发展的需要，推动了液态物理研究的开展。近年愈来愈多的物理学家投入到液态研究领域，并形成多学科交叉。有理由认为，在21世纪，液态物理将会成为一门重要的、内容丰富的学科。