近日，中國科學(xué)院首次報道了液態(tài)金屬可在石墨表面以任意形狀穩定呈現的自由塑型效應，并實(shí)現了逆重力方式的攀爬運動(dòng)。此前，金屬液滴因自身表面張力較大，在電解液中通常以球形方式存在，塑形能力及變形模式相對有限。
研究組首次發(fā)現通過(guò)引入石墨基底，可靈活自如地將處于電解液環(huán)境中的液態(tài)金屬塑造成各種銳利圖案如條形、三角形、方形、環(huán)形以及更多任意形狀。
圖1 期刊封面故事及液態(tài)金屬在石墨表面的自由鋪展與塑形效應
迄今，液態(tài)金屬雖可通過(guò)外加電場(chǎng)短暫改變形狀，然而一旦去除外場(chǎng)，液態(tài)金屬即會(huì )在其表面張力作用下迅速回縮成球形，無(wú)法維持先前的結構。此次發(fā)現的液態(tài)金屬自由鋪展與塑型效應，為柔性變形機器人的研制乃至4D打印等提供了新方向。
實(shí)驗表明，將一滴液態(tài)金屬置于浸沒(méi)在氫氧化鈉溶液中的石墨表面上時(shí)，液態(tài)金屬會(huì )自動(dòng)攤開(kāi)形成扁平的煎餅狀，這與位于玻璃基底上以球形方式呈現的液態(tài)金屬非常不同。引發(fā)這類(lèi)鋪展效應的原因主要來(lái)自液態(tài)金屬與石墨基底間的電化學(xué)相互作用。在堿性溶液中，石墨表面通常帶正電荷，而液態(tài)金屬表面帶負電荷，當這兩種導體接觸時(shí)，電荷會(huì )從液態(tài)金屬流向石墨，液態(tài)金屬表面被氧化形成氧化膜，這會(huì )顯著(zhù)降低其表面張力，此時(shí)液態(tài)金屬表現為類(lèi)似于泥漿的狀態(tài)，由此可被隨意塑造成各式各樣的形狀。該項研究首次實(shí)現了在開(kāi)放液體環(huán)境中的液態(tài)金屬自由塑形，突破了原有的液態(tài)金屬元件調控模式，在不定形柔性電子器件、可變形智能機器的設計乃至先進(jìn)制造方面有重要價(jià)值。
進(jìn)一步地，基于石墨表面的液態(tài)金屬自由塑形效應，研究人員探索了電場(chǎng)作用下液態(tài)金屬不同于傳統基底材料如塑料、玻璃等情形的豐富的物理化學(xué)圖景，初步揭示了其獨特的變形及匍匐運動(dòng)行為的內在機制。
圖2 石墨基底表面的液態(tài)金屬在外電場(chǎng)作用下的變形與匍匐運動(dòng)行為
有趣的是，作者們還首次揭示出處于自由空間下的電控液態(tài)金屬的蠕動(dòng)爬坡能力，實(shí)現了逆重力方式的運動(dòng)；而采用常規材料，液態(tài)金屬會(huì )因自身重力較大且表面光滑難以攀爬的緣故，不易通過(guò)外電場(chǎng)實(shí)現逆重力牽引。新發(fā)現擴展了近年來(lái)興起的液態(tài)金屬柔性機器的理論與技術(shù)內涵。
圖3 電控液態(tài)金屬以蠕動(dòng)變形方式在石墨斜坡上逆重力攀爬的情形（側視及俯視圖）
更多精彩，歡迎掃描下方二維碼關(guān)注中國粉體技術(shù)網(wǎng)官方微信：粉體技術(shù)網(wǎng)
|
