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来自北卡罗来纳州立大学的研究人员已经证明了一种允许它们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谐其表面张力。
“液体想要形成液滴，因为这降低了它们的表面能量，”NC州的化学和生物分子教授迈克尔Dickey说，在该研究的共同作者和共同作者。“这对液体金属特别适合，因为它们具有比其他液体更高的表面张力。”
表面张力的测量单位是毫牛顿每米。大多数液体，如汽油或水，表面张力值在每米20到72毫牛顿之间。在北卡罗来纳州的研究中使用的镓合金，其表面张力至少为每米500毫牛顿。
“我们可以通过施加不到一个伏特将表面张力从500到0.1降低，”最近为她的博士辩护而言，Minyung Song说。在NC状态，是本文的第一个作者。“这完全改变了液体金属的行为。”
如果您开始将镓铟合金挤出喷嘴，因此由于其高表面张力而形成液滴。如果您想创建一流的液态金属，则必须施加足够高的流速来从喷嘴迅速弹出。但即便如此，所得到的流不会非常稳定。
然而，当金属在水下时将低电压施加到液态金属上，在表面产生薄层氧化物。这允许研究人员创建具有人头发直径的液态金属的运行流 - 以及低流速。可以看到显示该技术的实验视频https://www.youtube.com/watch?v=qlufqhzvipc&feature=youtu.be.。
“This oxide acts like soap molecules do for water, lowering the surface tension and reducing the fluid’s tendency to bead up,” says Karen Daniels, professor of physics at NC State and co-corresponding author of the study, “but here the effect is completely reversible by turning off the voltage. You can’t easily take the soap back out of the water.”
当低电压应用于移动的液态金属时，它有效地产生了沿着液态金属表面流动的氧化皮。换言之，氧化层不是静态的——整个物质像电线一样稳定地从喷嘴中流出。
该技术使研究人员对液体金属的表现如何，因此达到了液态金属的电压越高，液态金属表面张力越低。然而，在最高电压下，氧化物层形成厚的外壳，从而破坏金属流动的方式。这导致类似于滴水的流体流动。研究团队以前表明，将低电压施加到静止的液体金属液滴降低其表面张力并导致它形成分形图案。该研究也在水下液态金属上进行。这项新的研究是第一个解决当液态金属在运动时发生的事情。
“我们只开始探索这种技术的全系列潜在应用程序，”Dickey说。“一个想法是在室温下有效地制造液态金属线。如果将它们放入弹性护套中，则可以伸展伸展线。它也可以用作学习和控制流体行为的新工具。它很令人兴奋，因为100多年的科学研究显示液体流分解成液滴。我们已经找到了一种简单的方法来稳定这些流。“
研究， ”克服Rayleigh平台稳定性：通过电化学氧化稳定和稳定液态金属流，发表于国家科学院的诉讼程序。本文由一名高中生Karen Kartawira合作;郑丽和柯林省，谁是前毕业生的国家;基思希尔山，当前的NC州的毕业生;和Abolfazl Kiani，AN at Nc州的访问学者。
这项工作是以国家科学基金会的支持，根据“授权CBET-1510772和DMR-160897”。
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编辑注：研究摘要如下。
“克服瑞利平台不稳定性：通过电化学氧化稳定和不稳定液态金属流”
作者：Minyung Song、Karin Kartawira、Keith D。Hillaire，Cheng Li，Collin B。埃克，阿博法兹尔基亚尼，凯伦E。丹尼尔斯和迈克尔D。北卡罗来纳州立大学迪基
出版：2020年7月，国家科学院的诉讼程序
抽象的：液体通常在离开喷嘴时形成液滴。射流-圆柱形流体流可以在较高的流体速度下瞬时形成，然而界面张力通过瑞利平台不稳定性迅速驱动射流分裂成液滴。液态金属具有巨大的界面张力和低粘度，不太可能形成稳定的射流。我们报道电化学阳极氧化显著降低金属流的有效张力，使其从液滴过渡到直径为100μm的长（寿命长、长度长）金属丝，而不需要高速。表面最小化导致了瑞利平台不稳定性，但由于低界面张力，当金属流平放在表面上时，其表面积增加。利用中等电位（<1v）将界面张力调节至少三个数量级的能力，为室温下金属结构的生产、按需流体结构中的流体以及研究和控制流体行为的新工具提供了新的方法。
