在這篇題為《石墨表面上的液態(tài)金屬操控》(Hu et al., Manipulation of Liquid Metals on A Graphite Surface, Advanced Materials, vol. 28, pp. 9015, 2016)的論文中，研究組發(fā)現(xiàn)通過(guò)引入石墨基底，可靈活自如地將處于電解液環(huán)境中的液態(tài)金屬塑造成各種銳利圖案如條形、三角形、方形、環(huán)形以及更多任意形狀(圖1)。迄今，液態(tài)金屬雖可通過(guò)外加電場(chǎng)短暫改變形狀，然而一旦去除外場(chǎng)，液態(tài)金屬即會(huì)在其表面張力作用下迅速回縮成球形，無(wú)法維持先前的結(jié)構(gòu)。此次發(fā)現(xiàn)的液態(tài)金屬自由鋪展與塑型效應(yīng)，為柔性變形機(jī)器人的研制乃至4D打印等提供了新方向。
實(shí)驗(yàn)表明，將一滴液態(tài)金屬置于浸沒(méi)在氫氧化鈉溶液中的石墨表面上時(shí)，液態(tài)金屬會(huì)自動(dòng)攤開(kāi)形成扁平的煎餅狀，這與位于玻璃基底上以球形方式呈現(xiàn)的液態(tài)金屬非常不同(圖1)。引發(fā)這類鋪展效應(yīng)的原因主要來(lái)自液態(tài)金屬與石墨基底間的電化學(xué)相互作用。在堿性溶液中，石墨表面通常帶正電荷，而液態(tài)金屬表面帶負(fù)電荷，當(dāng)這兩種導(dǎo)體接觸時(shí)，電荷會(huì)從液態(tài)金屬流向石墨，液態(tài)金屬表面被氧化形成氧化膜，這會(huì)顯著降低其表面張力，此時(shí)液態(tài)金屬表現(xiàn)為類似于泥漿的狀態(tài)，由此可被隨意塑造成各式各樣的形狀。該項(xiàng)研究實(shí)現(xiàn)了在開(kāi)放液體環(huán)境中的液態(tài)金屬自由塑形，突破了原有的液態(tài)金屬元件調(diào)控模式，在不定形柔性電子器件、可變形智能機(jī)器的設(shè)計(jì)乃至先進(jìn)制造方面有重要價(jià)值。
進(jìn)一步地，基于石墨表面的液態(tài)金屬自由塑形效應(yīng)，研究人員探索了電場(chǎng)作用下液態(tài)金屬不同于傳統(tǒng)基底材料如塑料、玻璃等情形的豐富的物理化學(xué)圖景(圖2)，初步揭示了其*的變形及匍匐運(yùn)動(dòng)行為的內(nèi)在機(jī)制。有趣的是，作者們還揭示出處于自由空間下的電控液態(tài)金屬的蠕動(dòng)爬坡能力，實(shí)現(xiàn)了逆重力方式的運(yùn)動(dòng)(圖3)；而采用常規(guī)材料，液態(tài)金屬會(huì)因自身重力較大且表面光滑難以攀爬的緣故，不易通過(guò)外電場(chǎng)實(shí)現(xiàn)逆重力牽引。新發(fā)現(xiàn)擴(kuò)展了近年來(lái)興起的液態(tài)金屬柔性機(jī)器的理論與技術(shù)內(nèi)涵。
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