电控作用引发的金属液滴在同类金属液池中的冲浪效应

笔者实验室Zhao等报道了一类有趣的效应［3］：金属液滴可在同类液态金属表面实现冲浪运动（图5.7）。借助电场触发，处于电解液（如0.25 mol/L NaOH溶液）内的液态金属（如GaIn24.5）可在同类液态金属表面上实现悬浮而不互融，且可随界面的流动而滑移，如同顺着海潮的冲浪现象；甚至，若将金属液滴从5 cm高处滴落，当其撞击到金属液池的表面时能够反弹一定的高度，之后再次回落到界面上继续保持悬浮状态；一簇金属液滴可以在界面上发生相互碰撞融合，但依然能保持与下部液体相互隔离的状态。

图5.7　液态金属冲浪效应（a）及金属液滴液池界面间薄液膜的台阶形电阻响应现象（b）［3］(www.xing528.com)

造成这一现象的机制是：电势梯度导致的表面张力差可使液态金属一溶液界面产生流动，继而在上部液滴与下部液池之间形成一层不断更新的极薄电解液膜，由此将处在界面上的金属液滴托举起来［3］。被悬浮的金属液滴体积可从20 μL到3 mL不等，稳定悬浮时长可超过十分钟。这种金属液滴的冲浪效应可通过加载电压的大小来灵活调控，一旦撤去电场，悬浮液滴会立刻与下部的金属液池融合在一起。测量发现，上部金属液滴与下部金属液池之间的液膜电阻在～100 Ω量级，借助液膜电阻与厚度关系理论模型，可计算出液膜厚度处于～100 μm量级。

液态金属冲浪效应的发现开辟了对于液态金属在液体基底上运动行为的研究，对于深入理解液态金属表面与界面现象，研发全液态可变形电子乃至量子器件，以及操控液态金属柔性机器等具有重要的科学价值和应用前景。