如果液态金属能被自由操控,《终结者》里的T-1000机器人会不会成真?
变幻各种形态,被子弹打中或者融化后,又可以重新复原,现实生活中,液态金属真的能做到吗?
最近,由苏州大学李相鹏、孙立宁教授带领的研究团队联合伯明翰大学唐诗杨教授、国家国防科技创新研究院、中国科技大学张世武教授等研究团队在美国著名期刊 Advanced Science 发表了一篇名为"Superelongation of Liquid Metal"(《液态金属超级拉伸》)的SCI论文,影响因子高达16.806!
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这项研究使液态金属距离实现《终结者》更近了一步。
团队提出的液态金属(LM)-铁颗粒(Fe)混合物首次实现了前所未有的电化学超伸长,能够达到其原始体长的数十倍,并可以自由操纵。由此制作的应变传感器还可以检测人类手指的运动。
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▍首次提出LM-Fe氧化壳,精确操控液态金属
作为金属界的“奇葩”,液态金属天生就具有可变形性能。
但目前却很少用于柔性或可拉伸器件中作为微电路电极,这是因为它们的表面张力太高而难以在固态表面上铺展,从而难以进行图案化。
理论上说,只要将表面张力降低,就能让液态金属无线伸长。然而,电化学氧化是高度动态的,加上Marangoni 不稳定性,很难直接使用电化学方法来精确稳定地操纵其形态。
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为解决该问题,研究团队首次提出将镓基液态金属与铁颗粒混合,作为真正的裸-液态金属的氧化外壳,表面形成的稳定氧化物可以提高材料的变形能力,并显著降低表面张力。
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LM-Fe 混合物的制作过程也很简单,室温下15分钟即可完成,并且该混合物壳可以重复使用。
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左端连接到阳极的石墨电极,右端是阴极铜线,再施加8V电压,就可轻松操纵液态金属啦:
来看看它的操纵与伸长性能,轻松通过细小通道:
通过螺旋通道:
通过雪花形状的模具:
除了二维表面,LM-Fe液态金属还可以上斜坡:
▍液态金属应变传感器
研究团队将LM-Fe混合物封装在弹性体内制成电阻器,以进一步增强拉伸性,再插入的两根铜线,制作可穿戴传感器。
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传感器在弯曲角度和电阻变化之间表现出极好的线性关系,将传感器连接到人的手指上,可以测量手指关节以不同角度弯曲时的相对电阻变化:
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研究团队还是用商业机械臂对LM-Fe传感器进行约 350个循环的长期循环弯曲实验,在这个过程中,传感器的电阻变化基本稳定,整个实验过程中电阻变化小于0.2%。
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事实上,应变传感器只是液态金属的应用方向之一,这种神奇材料正在快速推进到生物医疗、芯片冷却、能量捕捉、印刷电子及3D打印等领域,而LM-Fe混合物让液态金属首次实现了数十倍的电化学超伸长,为进一步探索液态金属的创新功能和柔性结构提供动力。
论文链接:
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202105289
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