离子响应的液态金属智能材料

来源 :第十一届全国软物质与生命物质物理学术会议 | 被引量 : 0次 | 上传用户:dongjun1964
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  结合了金属和流体特性的镓基液态金属因其优异的导热性、导电性、流动性以及无毒性正在吸引学术界和产业界的不断关注。近年来,已逐步在热管理、柔性电子、增材制造、生物医学、柔性机器以及微流控等领域取得了广泛的应用[1-4]。在这诸多优异的特性之中,液态金属巨大的表面张力是其中不可忽视的一点。通常情况下,液态金属的表面张力可达到700mN,是目前已知的表面张力最大的液体。正因为其巨大的表面张力,液态金属表现出丰富的界面现象,比如自驱动运动、表面对流、心脏泵、周期性震荡、变形虫运动、蛇形运动等[5-9]。进一步地研究发现,在诸多外部因素刺激下,液态金属有着丰富的变形行为。目前的研究已经表明,液态金属可以对电、磁、声、光、热进行响应[10-12]。这种响应特性和常见的智能材料有着很多的相似点。这里,我们首次将液态金属明确定义为一种智能材料。本文在前述响应特性的基础上,拓展了液态金属智能材料的响应范围,提出一种崭新的离子响应的液态金属智能材料。所谓离子响应指的是铜离子和铁离子可以激发液态金属的大尺度变形。实验发现,置于酸性溶液中的液态金属与铜盐颗粒和铁盐颗粒接触时,会被激发出表面对流、蛇形运动、蠕虫运动以及震荡现象。具体而言,酸性条件下,铜盐可以激发液态金属大尺度的表面对流。此外,通过控制对应的铜盐浓度和酸的浓度,可以实现液态金属的自发蛇形运动。然而,对于铁盐溶液而言,这个现象又略有不同。当把液态金属置于蒸馏水中时,铁盐溶液的加入会激活被氧化的液态金属,从而呈现出丰富的变化行为,蠕虫运动和震荡现象先后出现。这些现象背后的机理主要在于镓和铜铁之间不同的电极电势,这是液态金属表面张力发生改变的根本原因。此外,液态金属的胞吞效应、表面氧化和还原、巨大可调控的表面张力和良好的流动性也对实验现象产生了显著的影响,这在报告中将会进行详细的阐释。不同离子响应的液态金属智能材料的研究加深了对液态金属物理化学性质的理解,丰富了液态金属的变形运动形式,拓展了智能材料的研究范围,革新了化学能转变为机械能的传统途径,有望为可变形柔性机器提供新的策略。
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