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流动的精灵——液态金属

流动的精灵——液态金属

  • 分类:新闻资讯
  • 作者:
  • 来源:
  • 发布时间:2020-07-01
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【概要描述】什么是液态金属?相信除了内行人,其他大多数人都还处于不了解阶段。说起液态金属,许多七零后、八零后、九零后最容易想起的大概是经典科幻电影中 “终结者”中的液态金属机器人了吧,由液态金属制成的T-1000和T-X型终结者,被子弹打穿后可自动修复,可根据环境随意变形,简直就是无敌的存在。 

 



 

零零后可能很少有人看过这部电影,不过也没关系,如今没听过液态金属的,肯定也在书本上了解过一些。没错,很多人第一反应就是汞,也就是俗称的水银,这也是最容易想起来的液态金属。

 



 

汞,熔点-38.8℃,常温下就是液体,所以它确实是实至名归的液态金属,可我们今天说的液态金属并不汞。液态金属是个大家族,通常泛指熔点比较低的金属或合金材料。在这个大家族里,汞(水银)只是其中个性“张扬”的一份子。它易蒸发,会形成有剧毒的汞蒸汽,因而也限制了实际应用。但水银有很多低调谦和的“兄弟姐妹”,比如金属镓及镓系不同配比制成的镓铟合金或镓铟锡合金,它们去掉了易蒸发和毒性这些戾气,能友好地与人类相处,因此逐渐步入公众视野。本文所说的液态金属便是金属镓及镓系不同配比制成的镓铟合金或镓铟锡合金。

 



镓基液态金属

 

镓基液态金属,它具有良好的导电性能以及导热性能,同时具有金属光泽,在液体状态下有良好的流动性、浸润性、表面张力等特性;性质决定用途,这就直接拓宽了液态金属在各方面的应用。

 



 

例如,液态金属具有一定的浸润性,利用液态金属墨水,可以制成柔性力学传感器,或电子打印电路、工艺画等;

 



利用液态金属导电性制作的液态金属工艺画

 

也可以结合其导电性能以及流动性能制成可直接使用电力驱动的电磁泵;还可以利用其导热性能制作导热膏、导热片等;

 



3D液态金属导电笔

液态金属有许多有趣的现象,比如说它的电驱动现象,通俗的说就是溶液中液态金属会在电场的作用下变形移动,像极了电影中的“终结者”。

 



液态金属电驱动现象

那么,为什么会产生这种现象呢?原来,电荷会改变液态金属的表面张力,在内部形成旋转,以此控制电荷运动。同样地,当液态金属液滴处于溶液环境中时,在外加电场作用下能够产生表面电势梯度,导致液滴不同位置的表面张力有差异,进而形成流动,推动液滴在溶液中向电源正极运动。按照我通俗直白的理解,就是有一个力推着液态金属往前走动,不过呢,液态金属这位“同学”天生淘气,不怎么听话,边走还边喜欢做各种奇形怪状的动作引别人注意。

 



 

不听话还往往伴随着好动,由镓和铟组成的液态金属合金,浸在氢氧化钠溶液里,能够“吃进”铝箔,并像“吃饱了饭的动物”一样开始移动,这正是液态金属自驱动现象。

 



液态金属自驱动现象
这种让液态金属变身成为“软体动物”的本质原因,是这种镓铟合金“吃”铝的过程,剥掉了一部分铝表面的氧化铝层,露出了“新茬”。于是,浸在氢氧化钠溶液里的镓铟合金和铝,就在镓铟合金里产生了内生电场。或者说,这个液态合金和铝组成的系统,发生着类似电池内部的电化学反应。这种反应的效果,就是改变了液态金属的表面张力,使金属珠“两侧”能够像公园脚踏船的桨叶那样“拨水”,成为推动金属珠前进的主要动力。与此同时,电化学反应产生的氢气,也形成一个个微小的气泡,成为金属珠移动的辅助动力。

 



 

是不是很神奇?活脱脱的就是现实版的终结者啊!而且它还能与铝作用产生氢气,这就不得了啦 !除了电驱动、自驱动,它还能被磁驱动,这里暂且称之为液态金属电磁驱动,也就是将液态金属放入旋转变化的磁场中,液态金属也会发生运动。

 



液态金属电磁驱动现象

注意!液态金属并不具备铁磁性,它为何会运动呢?事实上这里涉及到感应涡电流以及电磁驱动现象。液态金属之所以会在变化的磁场中运动,主要还是因为磁铁转动或者说磁场变化时,磁场穿过液态金属的磁通量发生变化, 使其范围内的液态金属产生感应电流(涡流)。

 



 

根据楞次定律和左手定则, 该感应电流只受到跟磁场运动方向相同的安培力作用, 此力产生一个促使液态金属按磁场旋转方向发生转动的力矩, 所以液态金属按磁场的转动方向发生旋转,磁场转动变化越快,液态金属运动就越快。你以为这就完了?不,下面还有惊喜,尽管液态金属没有磁性,但如果我们把铁磁性粉末加入到液态金属中会发生什么奇妙的现象呢?

 



液态金属磁流体

一只银色的刺猬诞生了,恩!“刺猬终结者”出现了。这便是液态金属磁流体,是液态金属材料与磁性材料经过一系列工艺混合而成的磁流体,除了具有传统磁流体的特性,可以被常见的钕磁铁吸引,还可以在磁铁的作用下进行横向和纵向的拉伸,方便对它进行控制。

 



 

同时还可以用磁场的方式去控制这些磁性液态金属,以此来实现各种功能,例如控制液态金属来接通电路。

 



 

没想到液态金属还能这么玩,简直妙不可言,更不可思议的是它居然还能拉小提琴。

https://v.qq.com/x/page/o1341s7siwg.html(视频)

将处理过的铜丝触及含铝的液态金属时,铜丝会被液态金属迅速吞入,并随后在液态金属机体上做长时间往复穿梭运动,如同演奏音乐中的小提琴琴弦一般;此外,用不锈钢丝触碰液态金属,还可对铜丝的振荡行为加以调频调幅操控。

很神奇,这也就是为什么说它是液态金属小提琴了,灵动而活泼,一个很具有艺术感的神奇现象。

 



 

其实造成上述现象的机制主要在于,铝与碱溶液反应引发液态金属与铜丝两端出现浸润力差异所致,这里,铜丝、液态金属、电解液及氢气之间多相界面的动态耦合产生了节律性牵引力。除了牵引外物动作,液态金属与硅橡胶材料混合制成的复合材料还能实现大尺度变形。

 



可进行热响应而自由变形的软体章鱼 

 



可以温控定向蠕动的软体动物

 



可以抓取重物的柔性抓手

 



 

这般柔性大尺度变形与乙醇(酒精)的加入密不可分,同时还需要进行热流控制才能产生这样的效果。
解释了这么多液态金属相关的现象,不得不说液态金属确实是一类有意思的材料,如此多光环罩在液态金属身上,想不火都难,没准,“终结者”机器人就因此诞生啦!

本文作者:科威研发三部  耿家维

流动的精灵——液态金属

【概要描述】什么是液态金属?相信除了内行人,其他大多数人都还处于不了解阶段。说起液态金属,许多七零后、八零后、九零后最容易想起的大概是经典科幻电影中 “终结者”中的液态金属机器人了吧,由液态金属制成的T-1000和T-X型终结者,被子弹打穿后可自动修复,可根据环境随意变形,简直就是无敌的存在。 

 



 

零零后可能很少有人看过这部电影,不过也没关系,如今没听过液态金属的,肯定也在书本上了解过一些。没错,很多人第一反应就是汞,也就是俗称的水银,这也是最容易想起来的液态金属。

 



 

汞,熔点-38.8℃,常温下就是液体,所以它确实是实至名归的液态金属,可我们今天说的液态金属并不汞。液态金属是个大家族,通常泛指熔点比较低的金属或合金材料。在这个大家族里,汞(水银)只是其中个性“张扬”的一份子。它易蒸发,会形成有剧毒的汞蒸汽,因而也限制了实际应用。但水银有很多低调谦和的“兄弟姐妹”,比如金属镓及镓系不同配比制成的镓铟合金或镓铟锡合金,它们去掉了易蒸发和毒性这些戾气,能友好地与人类相处,因此逐渐步入公众视野。本文所说的液态金属便是金属镓及镓系不同配比制成的镓铟合金或镓铟锡合金。

 



镓基液态金属

 

镓基液态金属,它具有良好的导电性能以及导热性能,同时具有金属光泽,在液体状态下有良好的流动性、浸润性、表面张力等特性;性质决定用途,这就直接拓宽了液态金属在各方面的应用。

 



 

例如,液态金属具有一定的浸润性,利用液态金属墨水,可以制成柔性力学传感器,或电子打印电路、工艺画等;

 



利用液态金属导电性制作的液态金属工艺画

 

也可以结合其导电性能以及流动性能制成可直接使用电力驱动的电磁泵;还可以利用其导热性能制作导热膏、导热片等;

 



3D液态金属导电笔

液态金属有许多有趣的现象,比如说它的电驱动现象,通俗的说就是溶液中液态金属会在电场的作用下变形移动,像极了电影中的“终结者”。

 



液态金属电驱动现象

那么,为什么会产生这种现象呢?原来,电荷会改变液态金属的表面张力,在内部形成旋转,以此控制电荷运动。同样地,当液态金属液滴处于溶液环境中时,在外加电场作用下能够产生表面电势梯度,导致液滴不同位置的表面张力有差异,进而形成流动,推动液滴在溶液中向电源正极运动。按照我通俗直白的理解,就是有一个力推着液态金属往前走动,不过呢,液态金属这位“同学”天生淘气,不怎么听话,边走还边喜欢做各种奇形怪状的动作引别人注意。

 



 

不听话还往往伴随着好动,由镓和铟组成的液态金属合金,浸在氢氧化钠溶液里,能够“吃进”铝箔,并像“吃饱了饭的动物”一样开始移动,这正是液态金属自驱动现象。

 



液态金属自驱动现象
这种让液态金属变身成为“软体动物”的本质原因,是这种镓铟合金“吃”铝的过程,剥掉了一部分铝表面的氧化铝层,露出了“新茬”。于是,浸在氢氧化钠溶液里的镓铟合金和铝,就在镓铟合金里产生了内生电场。或者说,这个液态合金和铝组成的系统,发生着类似电池内部的电化学反应。这种反应的效果,就是改变了液态金属的表面张力,使金属珠“两侧”能够像公园脚踏船的桨叶那样“拨水”,成为推动金属珠前进的主要动力。与此同时,电化学反应产生的氢气,也形成一个个微小的气泡,成为金属珠移动的辅助动力。

 



 

是不是很神奇?活脱脱的就是现实版的终结者啊!而且它还能与铝作用产生氢气,这就不得了啦 !除了电驱动、自驱动,它还能被磁驱动,这里暂且称之为液态金属电磁驱动,也就是将液态金属放入旋转变化的磁场中,液态金属也会发生运动。

 



液态金属电磁驱动现象

注意!液态金属并不具备铁磁性,它为何会运动呢?事实上这里涉及到感应涡电流以及电磁驱动现象。液态金属之所以会在变化的磁场中运动,主要还是因为磁铁转动或者说磁场变化时,磁场穿过液态金属的磁通量发生变化, 使其范围内的液态金属产生感应电流(涡流)。

 



 

根据楞次定律和左手定则, 该感应电流只受到跟磁场运动方向相同的安培力作用, 此力产生一个促使液态金属按磁场旋转方向发生转动的力矩, 所以液态金属按磁场的转动方向发生旋转,磁场转动变化越快,液态金属运动就越快。你以为这就完了?不,下面还有惊喜,尽管液态金属没有磁性,但如果我们把铁磁性粉末加入到液态金属中会发生什么奇妙的现象呢?

 



液态金属磁流体

一只银色的刺猬诞生了,恩!“刺猬终结者”出现了。这便是液态金属磁流体,是液态金属材料与磁性材料经过一系列工艺混合而成的磁流体,除了具有传统磁流体的特性,可以被常见的钕磁铁吸引,还可以在磁铁的作用下进行横向和纵向的拉伸,方便对它进行控制。

 



 

同时还可以用磁场的方式去控制这些磁性液态金属,以此来实现各种功能,例如控制液态金属来接通电路。

 



 

没想到液态金属还能这么玩,简直妙不可言,更不可思议的是它居然还能拉小提琴。

https://v.qq.com/x/page/o1341s7siwg.html(视频)

将处理过的铜丝触及含铝的液态金属时,铜丝会被液态金属迅速吞入,并随后在液态金属机体上做长时间往复穿梭运动,如同演奏音乐中的小提琴琴弦一般;此外,用不锈钢丝触碰液态金属,还可对铜丝的振荡行为加以调频调幅操控。

很神奇,这也就是为什么说它是液态金属小提琴了,灵动而活泼,一个很具有艺术感的神奇现象。

 



 

其实造成上述现象的机制主要在于,铝与碱溶液反应引发液态金属与铜丝两端出现浸润力差异所致,这里,铜丝、液态金属、电解液及氢气之间多相界面的动态耦合产生了节律性牵引力。除了牵引外物动作,液态金属与硅橡胶材料混合制成的复合材料还能实现大尺度变形。

 



可进行热响应而自由变形的软体章鱼 

 



可以温控定向蠕动的软体动物

 



可以抓取重物的柔性抓手

 



 

这般柔性大尺度变形与乙醇(酒精)的加入密不可分,同时还需要进行热流控制才能产生这样的效果。
解释了这么多液态金属相关的现象,不得不说液态金属确实是一类有意思的材料,如此多光环罩在液态金属身上,想不火都难,没准,“终结者”机器人就因此诞生啦!

本文作者:科威研发三部  耿家维

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什么是液态金属?相信除了内行人,其他大多数人都还处于不了解阶段。说起液态金属,许多七零后、八零后、九零后最容易想起的大概是经典科幻电影中终结者中的液态金属机器人了吧,由液态金属制成的T-1000T-X型终结者,被子弹打穿后可自动修复,可根据环境随意变形,简直就是无敌的存在。 

 

 

零零后可能很少有人看过这部电影,不过也没关系,如今没听过液态金属的,肯定也在书本上了解过一些。没错,很多人第一反应就是汞,也就是俗称的水银,这也是最容易想起来的液态金属。

 

 

汞,熔点-38.8℃,常温下就是液体,所以它确实是实至名归的液态金属,可我们今天说的液态金属并不汞。液态金属是个大家族,通常泛指熔点比较低的金属或合金材料。在这个大家族里,汞(水银)只是其中个性张扬的一份子。它易蒸发,会形成有剧毒的汞蒸汽,因而也限制了实际应用。但水银有很多低调谦和的兄弟姐妹,比如金属镓及镓系不同配比制成的镓铟合金或镓铟锡合金,它们去掉了易蒸发和毒性这些戾气,能友好地与人类相处,因此逐渐步入公众视野。本文所说的液态金属便是金属镓及镓系不同配比制成的镓铟合金或镓铟锡合金。

 

镓基液态金属

 

镓基液态金属,它具有良好的导电性能以及导热性能,同时具有金属光泽,在液体状态下有良好的流动性、浸润性、表面张力等特性;性质决定用途,这就直接拓宽了液态金属在各方面的应用。

 

 

例如,液态金属具有一定的浸润性,利用液态金属墨水,可以制成柔性力学传感器,或电子打印电路、工艺画等;

 

利用液态金属导电性制作的液态金属工艺画

 

也可以结合其导电性能以及流动性能制成可直接使用电力驱动的电磁泵;还可以利用其导热性能制作导热膏、导热片等;

 

3D液态金属导电笔

液态金属有许多有趣的现象,比如说它的电驱动现象,通俗的说就是溶液中液态金属会在电场的作用下变形移动,像极了电影中的终结者

 

液态金属电驱动现象

那么,为什么会产生这种现象呢?原来,电荷会改变液态金属的表面张力,在内部形成旋转,以此控制电荷运动。同样地,当液态金属液滴处于溶液环境中时,在外加电场作用下能够产生表面电势梯度,导致液滴不同位置的表面张力有差异,进而形成流动,推动液滴在溶液中向电源正极运动。按照我通俗直白的理解,就是有一个力推着液态金属往前走动,不过呢,液态金属这位同学天生淘气,不怎么听话,边走还边喜欢做各种奇形怪状的动作引别人注意。

 

 

不听话还往往伴随着好动,由镓和铟组成的液态金属合金,浸在氢氧化钠溶液里,能够吃进铝箔,并像吃饱了饭的动物一样开始移动,这正是液态金属自驱动现象。

 

液态金属自驱动现象
这种让液态金属变身成为软体动物的本质原因,是这种镓铟合金铝的过程,剥掉了一部分铝表面的氧化铝层,露出了新茬。于是,浸在氢氧化钠溶液里的镓铟合金和铝,就在镓铟合金里产生了内生电场。或者说,这个液态合金和铝组成的系统,发生着类似电池内部的电化学反应。这种反应的效果,就是改变了液态金属的表面张力,使金属珠两侧能够像公园脚踏船的桨叶那样拨水,成为推动金属珠前进的主要动力。与此同时,电化学反应产生的氢气,也形成一个个微小的气泡,成为金属珠移动的辅助动力。

 

 

是不是很神奇?活脱脱的就是现实版的终结者啊!而且它还能与铝作用产生氢气,这就不得了啦 !除了电驱动、自驱动,它还能被磁驱动,这里暂且称之为液态金属电磁驱动,也就是将液态金属放入旋转变化的磁场中,液态金属也会发生运动。

 

液态金属电磁驱动现象

注意!液态金属并不具备铁磁性,它为何会运动呢?事实上这里涉及到感应涡电流以及电磁驱动现象。液态金属之所以会在变化的磁场中运动,主要还是因为磁铁转动或者说磁场变化时,磁场穿过液态金属的磁通量发生变化, 使其范围内的液态金属产生感应电流(涡流)

 

 

根据楞次定律和左手定则, 该感应电流只受到跟磁场运动方向相同的安培力作用, 此力产生一个促使液态金属按磁场旋转方向发生转动的力矩, 所以液态金属按磁场的转动方向发生旋转,磁场转动变化越快,液态金属运动就越快。你以为这就完了?不,下面还有惊喜,尽管液态金属没有磁性,但如果我们把铁磁性粉末加入到液态金属中会发生什么奇妙的现象呢?

 

液态金属磁流体

一只银色的刺猬诞生了,恩!刺猬终结者出现了。这便是液态金属磁流体,是液态金属材料与磁性材料经过一系列工艺混合而成的磁流体,除了具有传统磁流体的特性,可以被常见的钕磁铁吸引,还可以在磁铁的作用下进行横向和纵向的拉伸,方便对它进行控制。

 

 

同时还可以用磁场的方式去控制这些磁性液态金属,以此来实现各种功能,例如控制液态金属来接通电路。

 

 

没想到液态金属还能这么玩,简直妙不可言,更不可思议的是它居然还能拉小提琴。

https://v.qq.com/x/page/o1341s7siwg.html(视频)

将处理过的铜丝触及含铝的液态金属时,铜丝会被液态金属迅速吞入,并随后在液态金属机体上做长时间往复穿梭运动,如同演奏音乐中的小提琴琴弦一般;此外,用不锈钢丝触碰液态金属,还可对铜丝的振荡行为加以调频调幅操控。

很神奇,这也就是为什么说它是液态金属小提琴了,灵动而活泼,一个很具有艺术感的神奇现象。

 

 

其实造成上述现象的机制主要在于,铝与碱溶液反应引发液态金属与铜丝两端出现浸润力差异所致,这里,铜丝、液态金属、电解液及氢气之间多相界面的动态耦合产生了节律性牵引力。除了牵引外物动作,液态金属与硅橡胶材料混合制成的复合材料还能实现大尺度变形。

 

可进行热响应而自由变形的软体章鱼 

 

可以温控定向蠕动的软体动物

 

可以抓取重物的柔性抓手

 

 

这般柔性大尺度变形与乙醇(酒精)的加入密不可分,同时还需要进行热流控制才能产生这样的效果。
解释了这么多液态金属相关的现象,不得不说液态金属确实是一类有意思的材料,如此多光环罩在液态金属身上,想不火都难,没准,终结者机器人就因此诞生啦!

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