2018-Apr-26

Senast uppdaterad08:13:06 AM GMT

Science fiction blir verklighet

Skriv ut
Flytande metaller
Forskare har utvecklat en teknik för att möjliggöra styrning av ytspänningen av flytande metaller genom att tillämpa en ström med låg spänning.

Forskarna är från North Carolina State University (NCSU) och med deras forskning närmar vi oss att science fiction blir verklighet. De har gjort så genom att utveckla ett sätt att kontrollera ytspänningen av flytande metaller med tillämpning av ström med mycket låg spänning. Detta öppnar dörren för en ny generation av omkonfigurerbara och självläkande elektroniska kretsar, antenner och annan teknik.

De använde en flytande metallegering av gallium och indium. I botten har legeringen en anmärkningsvärt hög ytspänning på omkring 500 millinewton (mN) / meter, något som gör att metallen formas till droppar in i en sfärisk klump.

Flytande metaller
Flytande metaller bildar normalt en sfärisk form på grund av deras stora ytspänning. Genom att applicera en liten spänning till metallen i vatten, så formas en oxidyta på ytan av metallen och sänker ytspänningen. Att vända spänningen kan avlägsna oxiden och metallen återgår till en stor ytspänning. Dessa fenomen kan utnyttjas för att styra formen av metallen och få den att flyta in och ut i kapillärerna.
Foto: Mohammad Khan. 

"Men vi upptäckte att applicerande av en liten, positiv laddning - mindre än 1 volt - orsakar en elektrokemisk reaktion som skapar ett oxidskikt på ytan av metallen, vilket dramatiskt sänker ytspänningen från 500 mN / meter till cirka 2 mN / m" säger Dr Michael Dickey, docent i kemisk- och biomolekylärteknik vid universitetet samt huvudansvarig för den artikel de ger ut som beskriver arbetet. "Denna förändring tillåter den flytande metallen att sprida ut sig som en pannkaka, detta på grund av tyngdkraften."

Forskarna visade också att förändringen i ytspänningen är vändbar. Om man vänder polariteten på laddningen från positiv till negativ, tas oxideringen bort och den höga ytspänning återställs. Mängden av ytspänningen kan också varieras beroende på denna spänning och på den elektriska laddningen som appliceras på metallen, vilket gör att metallen blir mer eller mindre viskös. Med andra ord kan den flytande metallen hållas i olika stadier av likviditet, genom att variera spänningen i små steg, från dess ursprungliga 500 mN / m ända ner till 2 mN / m, och allt däremellan.

"De resulterande förändringarna i ytspänningen är bland de största som någonsin rapporterats, vilket är anmärkningsvärt med tanke på att den kan manipuleras med mindre än en volt." fortsätter Dickey. "Vi kan använda denna teknik för att kontrollera förflyttning av flytande metaller, vilket tillåter oss att ändra formen på antenner och kretsar. Det kan även användas i mikroflödeskanaler, MEMS, eller fotoniska och optiska anordningar. Många material bildar ytoxider, så arbetet kunde sträcka sig längre än bara de flytande metaller som studerats här."

Flytande metaller video

Denna videon visar hur den flytande metall uppför sig kring ström (med vissa Terminator 2 scener som kastas in).

Denna teknik - en version av electrohydrodynamik där elektriska strömmar påverkar flödet av flytande metall - bygger på att en ”oxidhud" bildas på ytan av legeringen när en spänning appliceras och som då beter sig som en tensid, vilken sänker ytspänningen mellan metall och den omgivande vätskan.

Forskarna hade i sitt labb tidigare visat en teknik för 3D utskrift med flytande metaller, som använde oxidskiktet som bildas i luften för att hjälpa den flytande metallen behålla sin form - den exakta motsatsen till vad oxidskiktet gör med legeringen i en basisk lösning.

"Vi tror att oxidens mekaniska egenskaper är olika i en basisk miljö än de är i luften." kommenterar Dickey.

Forskningen publicerades nyligen i online tidskriften Proceedings of the National Academy of Sciences -  http://www.pnas.org/content/early/2014/09/15/1412227111.abstract

Den här e-postadressen är skyddad från spamrobotar. Du måste tillåta Javascript för att visa e-postadressen

TwitterFacebookDigg