ノースカロライナ州立大学の研究者らは、極度に低い電圧を印加することで液体金属の表面張力を制御する方法を開発し、新世代の再構成可能な電子回路、アンテナ、その他の技術への扉を開きました。この方法は、堆積または除去できる金属の酸化物の「スキン」が界面活性剤として機能し、金属と周囲の液体の間の表面張力を低下させるという事実に基づいています。googletag.cmd.push(function() { googletag.display('div-gpt-ad-1449240174198-2'); });
研究者らはガリウムとインジウムの液体金属合金を使用した。基材では、裸の合金は約 500 ミリニュートン (mN)/メートルという非常に高い表面張力を持っており、そのため金属に球形のパッチが形成されます。
「しかし、1 ボルト未満の小さな正電荷を加えると電気化学反応が起こり、金属の表面に酸化物層が形成され、表面張力が 500 mN/m から約 2 mN/m に大幅に低下することがわかりました。メートル」ノースカロライナ州立大学の化学・生体分子工学准教授であり、この研究について説明した論文の主著者であるマイケル・ディッキー博士は次のように述べています。「この変化により、液体金属は重力によってパンケーキのように膨張します。」
研究者らはまた、表面張力の変化が可逆的であることも示した。研究者らが電荷の極性をプラスからマイナスに変えると、酸化物が除去され、高い表面張力が戻ります。表面張力は、応力を少しずつ変化させることで、これら 2 つの極端な値の間で調整できます。以下のテクニックのビデオをご覧ください。
「結果として生じる表面張力の変化は、これまでに記録された中で最大のものの1つであり、1ボルト未満で制御できることを考えると、これは注目に値する」とディッキー氏は述べた。「この技術を使用して液体金属の動きを制御することで、アンテナの形状を変更したり、回路を開閉したりすることができます。また、マイクロ流体チャネル、MEMS、またはフォトニックおよび光学デバイスでも使用できます。多くの材料は表面酸化物を形成するため、この研究はここで研究されている液体金属を超えて拡張することができます。」
ディッキーの研究室は以前、空気中で形成される酸化物層を使用して液体金属の形状を維持する液体金属の「3D プリンティング」方法を実証しました。これは、アルカリ溶液中で合金に酸化物層が作用するのと同様です。。
「酸化物は基本環境では大気中とは異なる挙動をすると考えています」とディッキー氏は言う。
追加情報: 論文「表面酸化による液体金属の巨大かつ切り替え可能な表面活性」は、9 月 15 日にインターネット上の米国科学アカデミー紀要に掲載されます。
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