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液態金屬開啟新時代,中宣液態行業領跑者

Liquid metal opens a new era, Zhongxuan liquid industry leader

流動的精靈--液態金屬

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  什么是液態金屬?相信除了內行人,其他大多數人都還處于不了解階段。說起液態金屬,許多七零后、八零后、九零后最容易想起的大概是經典科幻電影中 “終結者”中的液態金屬機器人了吧,由液態金屬制成的T-1000和T-X型終結者,被子彈打穿后可自動修復,可根據環境隨意變形,簡直就是無敵的存在。

  零零后可能很少有人看過這部電影,不過也沒關系,如今沒聽過液態金屬的,肯定也在書本上了解過一些。沒錯,很多人第一反應就是汞,也就是俗稱的水銀,這也是最容易想起來的液態金屬。

  汞,熔點-38.8℃,常溫下就是液體,所以它確實是實至名歸的液態金屬,可我們今天說的液態金屬并不汞。液態金屬是個大家族,通常泛指熔點比較低的金屬或合金材料。在這個大家族里,汞(水銀)只是其中個性“張揚”的一份子。它易蒸發,會形成有劇毒的汞蒸汽,因而也限制了實際應用。但水銀有很多低調謙和的“兄弟姐妹”,比如金屬鎵及鎵系不同配比制成的鎵銦合金或鎵銦錫合金,它們去掉了易蒸發和毒性這些戾氣,能友好地與人類相處,因此逐漸步入公眾視野。本文所說的液態金屬便是金屬鎵及鎵系不同配比制成的鎵銦合金或鎵銦錫合金。

鎵基液態金屬

  鎵基液態金屬,它具有良好的導電性能以及導熱性能,同時具有金屬光澤,在液體狀態下有良好的流動性、浸潤性、表面張力等特性;性質決定用途,這就直接拓寬了液態金屬在各方面的應用。

  例如,液態金屬具有一定的浸潤性,利用液態金屬墨水,可以制成柔性力學傳感器,或電子打印電路、工藝畫等;

  利用液態金屬導電性制作的液態金屬工藝畫

  也可以結合其導電性能以及流動性能制成可直接使用電力驅動的電磁泵;還可以利用其導熱性能制作導熱膏、導熱片等;

  3D液態金屬導電筆

  液態金屬有許多有趣的現象,比如說它的電驅動現象,通俗的說就是溶液中液態金屬會在電場的作用下變形移動,像極了電影中的“終結者”。

  液態金屬電驅動現象

  那么,為什么會產生這種現象呢?原來,電荷會改變液態金屬的表面張力,在內部形成旋轉,以此控制電荷運動。同樣地,當液態金屬液滴處于溶液環境中時,在外加電場作用下能夠產生表面電勢梯度,導致液滴不同位置的表面張力有差異,進而形成流動,推動液滴在溶液中向電源正極運動。按照我通俗直白的理解,就是有一個力推著液態金屬往前走動,不過呢,液態金屬這位“同學”天生淘氣,不怎么聽話,邊走還邊喜歡做各種奇形怪狀的動作引別人注意。

  不聽話還往往伴隨著好動,由鎵和銦組成的液態金屬合金,浸在氫氧化鈉溶液里,能夠“吃進”鋁箔,并像“吃飽了飯的動物”一樣開始移動,這正是液態金屬自驅動現象。

  液態金屬自驅動現象

  這種讓液態金屬變身成為“軟體動物”的本質原因,是這種鎵銦合金“吃”鋁的過程,剝掉了一部分鋁表面的氧化鋁層,露出了“新茬”。于是,浸在氫氧化鈉溶液里的鎵銦合金和鋁,就在鎵銦合金里產生了內生電場。或者說,這個液態合金和鋁組成的系統,發生著類似電池內部的電化學反應。這種反應的效果,就是改變了液態金屬的表面張力,使金屬珠“兩側”能夠像公園腳踏船的槳葉那樣“撥水”,成為推動金屬珠前進的主要動力。與此同時,電化學反應產生的氫氣,也形成一個個微小的氣泡,成為金屬珠移動的輔助動力。

  是不是很神奇?活脫脫的就是現實版的終結者啊!而且它還能與鋁作用產生氫氣,這就不得了啦 !除了電驅動、自驅動,它還能被磁驅動,這里暫且稱之為液態金屬電磁驅動,也就是將液態金屬放入旋轉變化的磁場中,液態金屬也會發生運動。

  液態金屬電磁驅動現象

  注意!液態金屬并不具備鐵磁性,它為何會運動呢?事實上這里涉及到感應渦電流以及電磁驅動現象。液態金屬之所以會在變化的磁場中運動,主要還是因為磁鐵轉動或者說磁場變化時,磁場穿過液態金屬的磁通量發生變化, 使其范圍內的液態金屬產生感應電流(渦流)。

  根據楞次定律和左手定則, 該感應電流只受到跟磁場運動方向相同的安培力作用, 此力產生一個促使液態金屬按磁場旋轉方向發生轉動的力矩, 所以液態金屬按磁場的轉動方向發生旋轉,磁場轉動變化越快,液態金屬運動就越快。你以為這就完了?不,下面還有驚喜,盡管液態金屬沒有磁性,但如果我們把鐵磁性粉末加入到液態金屬中會發生什么奇妙的現象呢?

  液態金屬磁流體

  一只銀色的刺猬誕生了,恩!“刺猬終結者”出現了。這便是液態金屬磁流體,是液態金屬材料與磁性材料經過一系列工藝混合而成的磁流體,除了具有傳統磁流體的特性,可以被常見的釹磁鐵吸引,還可以在磁鐵的作用下進行橫向和縱向的拉伸,方便對它進行控制。

  同時還可以用磁場的方式去控制這些磁性液態金屬,以此來實現各種功能,例如控制液態金屬來接通電路。

  沒想到液態金屬還能這么玩,簡直妙不可言,更不可思議的是它居然還能拉小提琴。

  將處理過的銅絲觸及含鋁的液態金屬時,銅絲會被液態金屬迅速吞入,并隨后在液態金屬機體上做長時間往復穿梭運動,如同演奏音樂中的小提琴琴弦一般;此外,用不銹鋼絲觸碰液態金屬,還可對銅絲的振蕩行為加以調頻調幅操控。

  很神奇,這也就是為什么說它是液態金屬小提琴了,靈動而活潑,一個很具有藝術感的神奇現象。

  其實造成上述現象的機制主要在于,鋁與堿溶液反應引發液態金屬與銅絲兩端出現浸潤力差異所致,這里,銅絲、液態金屬、電解液及氫氣之間多相界面的動態耦合產生了節律性牽引力。除了牽引外物動作,液態金屬與硅橡膠材料混合制成的復合材料還能實現大尺度變形。

  可進行熱響應而自由變形的軟體章魚

  可以溫控定向蠕動的軟體動物

  可以抓取重物的柔性抓手

  這般柔性大尺度變形與乙醇(酒精)的加入密不可分,同時還需要進行熱流控制才能產生這樣的效果。

  解釋了這么多液態金屬相關的現象,不得不說液態金屬確實是一類有意思的材料,如此多光環罩在液態金屬身上,想不火都難,沒準,“終結者”機器人就因此誕生啦!

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