北卡羅萊納州立大學(xué)的研究人員已經(jīng)證明了一種技術(shù)，使他們能夠在室溫下生產(chǎn)液態(tài)金屬流。通過向液態(tài)金屬施加低電壓，研究人員能夠在至少三個(gè)數(shù)量級(jí)上調(diào)整其表面張力。

該研究的共同通訊作者，北卡羅來納州立大學(xué)化學(xué)與生物分子工程學(xué)教授邁克爾·迪基說：“液體想要形成液滴，因?yàn)檫@會(huì)降低其表面能。” “而且對(duì)于液態(tài)金屬尤其如此，因?yàn)樗鼈兊谋砻鎻埩Ρ绕渌后w高得多。”

表面張力以毫牛頓/米為單位測(cè)量。大多數(shù)液體(例如汽油或水)的表面張力值在每米20到72毫牛頓之間。在NC State研究中使用的鎵合金的表面張力至少為每米500毫牛頓。

“我們可以通過施加小于一伏的電壓將表面張力從500降低到0.1，”最近為自己的博士學(xué)位辯護(hù)的Minyung Song說。在北卡羅來納州立大學(xué)，是該論文的第一作者。“這完全改變了液態(tài)金屬的行為。”

如果您開始從噴嘴中擠壓鎵銦合金，由于其高表面張力，它會(huì)形成液滴。如果要?jiǎng)?chuàng)建液態(tài)金屬流，則必須施加足夠高的流速才能將其快速?gòu)膰娮熘袊姵?。但是即使那樣，結(jié)果流也不會(huì)非常穩(wěn)定。

但是，當(dāng)金屬在水下時(shí)，向液態(tài)金屬施加低電壓會(huì)在表面形成一層氧化物薄層。這使研究人員可以創(chuàng)建具有人類頭發(fā)直徑且流速低的液態(tài)金屬流動(dòng)流。

該研究的共同作者，北卡羅來納州立大學(xué)物理學(xué)教授卡倫·丹尼爾斯(Karen Daniels)說：“這種氧化物的作用類似于肥皂分子對(duì)水的作用，降低了表面張力并減少了流體成珠的趨勢(shì)。”通過關(guān)閉電壓實(shí)現(xiàn)完全可逆。您不能輕易將肥皂從水中取出。”

當(dāng)向移動(dòng)的液態(tài)金屬施加低壓時(shí)，它有效地產(chǎn)生了沿著液態(tài)金屬表面延伸的流動(dòng)的氧化皮。換句話說，氧化層不是靜態(tài)的-整個(gè)物體像金屬絲一樣穩(wěn)定地流出噴嘴。

該技術(shù)為研究人員提供了對(duì)液態(tài)金屬行為的大量控制，因?yàn)?一定程度上)他們施加給液態(tài)金屬的電壓越高，液態(tài)金屬的表面張力就越低。但是，在最高電壓下，氧化層會(huì)形成厚皮，破壞金屬的流動(dòng)方式。這導(dǎo)致類似于滴蠟的流體流動(dòng)。該研究小組先前已表明，在靜止?fàn)顟B(tài)下對(duì)液態(tài)金屬液滴施加低電壓會(huì)降低其表面張力，并使其形成分形圖案。該研究也在水下液態(tài)金屬上進(jìn)行。這項(xiàng)新的研究是第一個(gè)研究液態(tài)金屬運(yùn)動(dòng)時(shí)發(fā)生的情況的研究。

迪基說：“我們才剛剛開始探索該技術(shù)的所有潛在應(yīng)用。” “一個(gè)想法是在室溫下有效地創(chuàng)建液態(tài)金屬線。如果將它們包裹在彈性護(hù)套中，則將具有可拉伸的線。它也可以用作研究和控制流體行為的新工具。這令人興奮，因?yàn)橐话俣嗄陙淼目茖W(xué)研究表明，液體流會(huì)分裂成液滴。我們找到了一種穩(wěn)定這些流的簡(jiǎn)單方法。”

這項(xiàng)研究“克服瑞利-高原不穩(wěn)定性：通過電化學(xué)氧化穩(wěn)定和破壞液態(tài)金屬流”發(fā)表在《美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊》上。