Forscher der North Carolina State University haben eine Methode entwickelt, um die Oberflächenspannung flüssiger Metalle durch Anlegen extrem niedriger Spannungen zu steuern und damit die Tür zu einer neuen Generation rekonfigurierbarer elektronischer Schaltkreise, Antennen und anderer Technologien zu öffnen.Diese Methode beruht auf der Tatsache, dass die Oxid-„Haut“ des Metalls, die abgeschieden oder entfernt werden kann, als Tensid wirkt und die Oberflächenspannung zwischen dem Metall und der umgebenden Flüssigkeit verringert.googletag.cmd.push(function() { googletag.display('div-gpt-ad-1449240174198-2′); });
Die Forscher verwendeten eine flüssige Metalllegierung aus Gallium und Indium.Im Substrat weist die blanke Legierung eine extrem hohe Oberflächenspannung von etwa 500 Millinewton (mN)/Meter auf, die dazu führt, dass das Metall kugelförmige Flecken bildet.
„Aber wir fanden heraus, dass das Anlegen einer kleinen positiven Ladung – weniger als 1 Volt – eine elektrochemische Reaktion auslöste, die eine Oxidschicht auf der Oberfläche des Metalls bildete, die die Oberflächenspannung deutlich von 500 mN/m auf etwa 2 mN/m reduzierte. M."sagte Michael Dickey, Ph.D., außerordentlicher Professor für Chemie- und Biomolekulartechnik an der North Carolina State und leitender Autor des Artikels, der die Arbeit beschreibt.„Diese Veränderung führt dazu, dass sich das flüssige Metall unter der Schwerkraft wie ein Pfannkuchen ausdehnt.“
Die Forscher zeigten außerdem, dass die Änderung der Oberflächenspannung reversibel ist.Ändern die Forscher die Polarität der Ladung von positiv auf negativ, wird das Oxid entfernt und die hohe Oberflächenspannung kehrt zurück.Die Oberflächenspannung kann zwischen diesen beiden Extremen eingestellt werden, indem die Spannung in kleinen Schritten geändert wird.Sie können sich das Video der Technik unten ansehen.
„Die daraus resultierende Änderung der Oberflächenspannung ist eine der größten, die jemals aufgezeichnet wurde, was angesichts der Tatsache, dass sie mit weniger als einem Volt kontrolliert werden kann, bemerkenswert ist“, sagte Dickey.„Mit dieser Technik können wir die Bewegung flüssiger Metalle steuern, wodurch wir die Form von Antennen ändern und Stromkreise schließen oder unterbrechen können.Es kann auch in mikrofluidischen Kanälen, MEMS oder photonischen und optischen Geräten verwendet werden.Viele Materialien bilden Oberflächenoxide, sodass diese Arbeit über die hier untersuchten flüssigen Metalle hinaus ausgedehnt werden kann.“
Dickeys Labor hat zuvor ein „3D-Druck“-Verfahren für flüssiges Metall demonstriert, bei dem eine Oxidschicht verwendet wird, die sich an der Luft bildet, um dem flüssigen Metall dabei zu helfen, seine Form beizubehalten – ähnlich wie eine Oxidschicht bei einer Legierung in einer alkalischen Lösung..
„Wir glauben, dass sich Oxide in basischen Umgebungen anders verhalten als in der Umgebungsluft“, sagte Dickey.
Zusätzliche Informationen: Der Artikel „Giant and Switchable Surface Activity of Liquid Metal Through Surface Oxidation“ wird am 15. September im Internet in den Proceedings of the National Academy of Sciences veröffentlicht:
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