在室温下控制液态金属流

北卡罗莱纳州立大学的研究人员已经证明了一种技术，使他们能够在室温下生产液态金属流。通过向液态金属施加低电压，研究人员能够在至少三个数量级上调整其表面张力。

该研究的共同通讯作者，北卡罗来纳州立大学化学与生物分子工程学教授迈克尔·迪基说：“液体想要形成液滴，因为这会降低其表面能。” “而且对于液态金属尤其如此，因为它们的表面张力比其他液体高得多。”

表面张力以毫牛顿/米为单位测量。大多数液体(例如汽油或水)的表面张力值在每米20到72毫牛顿之间。在NC State研究中使用的镓合金的表面张力至少为每米500毫牛顿。

“我们可以通过施加小于一伏的电压将表面张力从500降低到0.1，”最近为自己的博士学位辩护的Minyung Song说。在北卡罗来纳州立大学，是该论文的第一作者。“这完全改变了液态金属的行为。”

如果您开始从喷嘴中挤压镓铟合金，由于其高表面张力，它会形成液滴。如果要创建液态金属流，则必须施加足够高的流速才能将其快速从喷嘴中喷出。但是即使那样，结果流也不会非常稳定。

但是，当金属在水下时，向液态金属施加低电压会在表面形成一层氧化物薄层。这使研究人员可以创建具有人类头发直径且流速低的液态金属流动流。

该研究的共同作者，北卡罗来纳州立大学物理学教授卡伦·丹尼尔斯(Karen Daniels)说：“这种氧化物的作用类似于肥皂分子对水的作用，降低了表面张力并减少了流体成珠的趋势。”通过关闭电压实现完全可逆。您不能轻易将肥皂从水中取出。”

当向移动的液态金属施加低压时，它有效地产生了沿着液态金属表面延伸的流动的氧化皮。换句话说，氧化层不是静态的-整个物体像金属丝一样稳定地流出喷嘴。

该技术为研究人员提供了对液态金属行为的大量控制，因为(一定程度上)他们施加给液态金属的电压越高，液态金属的表面张力就越低。但是，在最高电压下，氧化层会形成厚皮，破坏金属的流动方式。这导致类似于滴蜡的流体流动。该研究小组先前已表明，在静止状态下对液态金属液滴施加低电压会降低其表面张力，并使其形成分形图案。该研究也在水下液态金属上进行。这项新的研究是第一个研究液态金属运动时发生的情况的研究。

迪基说：“我们才刚刚开始探索该技术的所有潜在应用。” “一个想法是在室温下有效地创建液态金属线。如果将它们包裹在弹性护套中，则将具有可拉伸的线。它也可以用作研究和控制流体行为的新工具。这令人兴奋，因为一百多年来的科学研究表明，液体流会分裂成液滴。我们找到了一种稳定这些流的简单方法。”

这项研究“克服瑞利-高原不稳定性：通过电化学氧化稳定和破坏液态金属流”发表在《美国国家科学院院刊》上。

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