液态金属因其兼具优良的导电和导热能力以及良好的流动性,在半导体、可变形金属材料、微流控芯片以及强化冷却等多方面有着重要应用。在这些应用中,都涉及到液态金属的输运以及液态金属与表面的相互作用,而通常液态金属液滴的运动由外力(例如磁场、电场)驱动,这种依靠外场/力驱动的液滴运动限制了液态金属的应用。若液态金属液滴可自发输运并且可调控则势必极大提升其应用潜力。
液态金属弹弓—自驱动且可调控的液态金属液滴输运,由清华大学吴晓敏教授团队和中科院理化所刘静研究员团队合作首发报道,于2020年3月在ChemRxiv公开发表预印版(1),同年11月期刊版刊出(2),论文的第一作者为清华博士生袁志平。
液态金属弹珠自驱动发射机理
两个液态金属液滴在经过氟硅烷修饰的铝表面上融合,金属-溶液界面和金属-表面界面收缩,释放的表面能的一部分转化成弹射动能(视频1)。如图1所示,融合初期,在两个液滴的接触处产生液桥,随后,液桥在表面张力的作用下扩展并最终接触基底; 融合后期,液桥进一步发展,液滴开始向中间收缩,表面对液桥的反作用力使得液滴弹离表面;之后液滴震荡上升。
图1 液态金属液滴的自驱动发射过程
视频一
液滴弹弓,指哪打哪!
液滴弹弓:液滴为弹珠,与之接触的表面为弓弦。如图2所示,改变弓弦的形状可调控液滴弹射的速度和方向。拉长弓弦,弹射速度提高,弹射距离增加(视频2);改变弓弦角度,弹珠可以朝着预期的方向弹射(视频3)。
图2 改变弓弦形态可调控液滴的发射方向和速度。
视频二
视频三
撰稿:袁志平,清华大学,博士生;