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液态金属自驱动现象与润湿性差异

时间:2023-06-20 理论教育 版权反馈
【摘要】:笔者实验室的研究发现,通过铝和电解质溶液间的不均衡化学反应形成的表面张力梯度,可实现液态金属自驱动马达或独立自主的运动。在此工作之后,Mohammed等直接利用润湿性不同造成的表面张力差异,实现了某种程度的液态金属自驱动[29]。镓可以浸润铝、金、银等金属,通过使镓基液态金属不对称地浸润相应金属箔条,能借助浸润部分与未接触部分的表面张力差异来实现液态金属自驱动。

液态金属自驱动现象与润湿性差异

笔者实验室的研究发现,通过铝和电解质溶液间的不均衡化学反应形成的表面张力梯度,可实现液态金属自驱动马达或独立自主的运动。在此工作之后,Mohammed等直接利用润湿性不同造成的表面张力差异,实现了某种程度的液态金属自驱动[29]

镓可以浸润铝、金、银等金属,通过使镓基液态金属不对称地浸润相应金属箔条,能借助浸润部分与未接触部分的表面张力差异来实现液态金属自驱动。以银箔为例,液态金属液滴与银箔接触的部分浸润角较小(<90°),而未接触区域的浸润角较大,这个沿着银箔长度方向的浸润性差异可以造成表面张力梯度,用以驱动液态金属运动。根据Gibbs自由能最小原理,浸润的区域表面张力小,表面能低,因此表面张力梯度使液态金属向着浸润更多银箔的方向运动。图4.13展示了镓铟合金液滴在90 nm银箔和10 nm金箔上实现的自驱动[29],整个系统浸没在2M HCl溶液中。

图4.13 镓铟合金液滴在90 nm银箔(a)和10 nm金箔(b)上实现自驱动[29](www.xing528.com)

通过合理设计银箔的形状,可以使液态金属液滴沿着预定的轨道运动[29],例如直线、曲线、U型,甚至使液态金属液滴爬行一定坡度,如图4.14所示。值得注意的是,此种直接通过浸润力差异实现的液态金属自驱动现象,可以使液态金属液滴加速到180 mm/s。这种自驱动方式可用于实现自毁电路,通过合理设计基底材料的路线,可以使电路按照预定轨迹、预定时间切断。另外,这种自驱动方式也可以作为一种新的驱动方式,用于各种可控性微尺度自驱动系统。

图4.14 镓铟合金液滴在不同形状的90nm银箔和10nm金箔上实现沿预定轨迹的自驱动[29]

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