室温下控制液态金属流科学家们做到了学术资讯

液态金属进入水中时，受高表面张力影响，会形成液滴，而非连续流体。向体系施加低电压，表面张力降低，液态金属形成了细丝状流体。

phys.org网站7月27日报道，美国北卡罗来纳州立大学（NCSU）的研究人员近期在《美国国家科学院院刊》中公布了一项技术，在室温下向动态液态金属施加低电压，能够在至少三个数量级上调节其表面张力，使之形成液态金属流。NCSU化学与生物分子工程学教授、论文作者Michael Dickey说：“液体倾向于形成液滴，是因为可以降低表面能。液态金属尤其如此，它们的表面张力比其他液体高得多。”

汽油、水等大多数液体，表面张力值为20~72 mN/m。然而，Dickey教授等研究的镓合金的表面张力达到了500 mN/m。论文作者Minyung Song博士说：“我们可以用不到1 V的电压将表面张力从500 mN/m降低到0.1 mN/m。这完全改变了液态金属的行为方式。”

如果直接从喷嘴中挤压出镓铟合金，在高表面张力作用下，它会形成液滴。如果想制造出液态金属流，就必须设置足够高的流速。即使这样，形成的金属流也不是很稳定。当金属在水下时，对液态金属施加低电压，其表面会产生一层薄薄的氧化物。这使得研究人员能够制造出约人类头发直径的低流速液态金属流。NCSU物理学教授、论文作者Karen Daniels说：“氧化物的作用与肥皂分子对水的作用类似，它能够降低表面张力，减少液体凝聚趋势。然而，你不能通过简单地将肥皂分子从水里分离出来，让表面化学效应消失。在这项研究中，通过开关电压，这种效果是完全可逆的。”

当低压作用于流动的液态金属时，它创造了一种流动的氧化层——换句话说，氧化层不是静态的。这项技术使研究人员能有效地控制液态金属的行为。因为在一定程度上，他们施加的电压越高，液态金属的表面张力就越低。然而，电压过高会导致氧化层过厚，破坏液态金属的流动方式。此前，该团队曾证实，对静止的液态金属液滴施加低压，会降低其表面张力，并使之形成分形图案。

Dickey说：“涉及这项新技术的应用研究才刚刚起步。例如，我们希望制造出一种在室温下工作的液态金属线。如果你将它们封装在弹性外壳中，就能获得可拉伸电线。此外，新技术还能作为研究、控制流体行为的新工具。”

科界原创

编译：雷鑫宇

审稿：alone

责编：德克斯特

期刊来源：《美国国家科学院院刊》

期刊编号：0027-8424

原文链接：

https://phys.org/news/2020-07-streams-liquid-metal-room-temperature.html