研究人员通过控制表面张力来操纵液态金属

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迈克尔·迪基博士 michael_dickey@ncsu.edu 919.513.0273.

哑光船员 matt_shipman@ncsu.edu. 919.515.6386

北卡罗来纳州立大学的研究人员开发了一种通过应用非常低的电压来控制液体金属表面张力的技术，将门打开到新一代可重新配置的电子电路，天线和其他技术。该技术铰接在于金属的氧化物“皮肤” - 可以沉积或除去 - 用作表面活性剂，降低金属和周围流体之间的表面张力。

研究人员使用了镓和铟的液态金属合金。在基础上，裸合金具有明显高的表面张力约为500毫林（Mn）/米，这使得金属珠倒入球形上。

“但我们发现，施加一个小于1伏的小正电荷，会引起电化学反应，在金属表面产生氧化层，使表面张力从500 mN/m显著降低到大约2 mN/m，”迈克尔·迪基博士说。他是北卡罗来纳州立大学化学和生物分子工程副教授，也是一篇描述该工作的论文的资深作者。“由于重力的作用，液态金属可以像煎饼一样展开。”

研究人员还表明，表面张力的变化是可逆的。如果研究人员将电荷的极性从阳性翻转到阴性，则消除氧化物，并且恢复高表面张力。可以通过改变小步骤中的电压在这两个极端之间调谐表面张力。

“由此产生的表面张力的变化是有史以来的最大报告的，这是考虑到它可以通过小于一个伏特操纵的显着卓越，”Dickey说。“我们可以使用这种技术来控制液体金属的运动，使我们能够改变天线的形状和完整或断开电路。它也可以用于微流体通道，MEMS或光子和​​光学器件。许多材料形成表面氧化物，所以工作可以延伸到这里研究的液体金属。“

迪基的实验室之前演示了一种“3d打印”液态金属的技术，该技术利用在空气中形成的氧化层来帮助液态金属保持其形状——这与氧化层在基本溶液中对合金的作用完全相反。

“我们认为氧化物的机械性质在基本环境中不同于环境空气，”Dickey说。

本文，“通过表面氧化液体金属的巨型和可切换表面活性，“在线发布国家科学院的诉讼程序9月16日。该文件的牵头作者是穆罕默德疹汗和Collin eaker，Ph.D.NC州的学生。本文由NC州的化学教授Edmond Bowden博士共同撰写。

本研究得到了国家科学基金(NSF) CMMI-0954321和三角形NSF可编程软物质材料研究科学与工程中心DMR-1121107的资助。

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编辑注：研究摘要跟随。

“通过表面氧化液态金属的巨型和可切换表面活性”

作者:北卡罗莱纳州立大学Mohammad Rashed Khan, Collin B. Eaker, Edmond Bowden和Michael D. Dickey

发表在线9月16日国家科学院的诉讼程序

迪伊: 10.1073 / pnas.1412227111

摘要：本文提出了一种通过电化学沉积(或去除)表面氧化层来控制液态镓合金界面张力的新方法。与传统的表面活性剂形成鲜明对比的是，这种方法提供了前所未有的表面张力降低(≈500 mJ/m)²到接近零)使用非常低的电压和变化是完全可逆的。这种界面张力的戏剧性变化使各种新的电流体动力学现象成为可能。在不使用有毒汞的情况下，操纵金属界面特性的能力为电子、电磁和微流控器件中形状可重构的金属组件提供了丰富的机会。这项研究表明，表面氧化物的润湿特性是内在的“表面活性剂”，而表面氧化物在大多数金属和半导体上都很常见。表面固有的不对称特性，加上积极操纵其能量的能力，预计将在电流体动力学、复合材料和氧化物形成材料的熔体加工方面有重要的应用。