Tsinghua, yoğunluk engelini aşmak için Bilimler Akademisi ile el ele verdi: dünyanın ilk hafif sıvı metali Röportaj
"Terminator" serisi bize sıvı metalden oluşan güçlü bir robotu gösteriyor: "Terminator TX tipi" ile temsil ediliyorlar, süper şekillendirme işlevine sahipler, şekli istedikleri zaman değiştirebilirler ve hızla iyileşebilirler Orijinal görünüm.
(Kaynak: "Terminator")
Gerçek hayatta, filmdeki sıvı metal robot henüz doğmadı, ancak sihirli bir malzeme olarak sıvı metal, mükemmel plastisitesinden dolayı geleneksel elektronik endüstrisindeki sert malzemelerin yerini alacak yeni bir yıldız olarak kabul ediliyor. Dahası, bu teknoloji aynı zamanda giyilebilir elektronik devreleri, giyilebilir dış iskelet yapımı ve esnek robotlar gibi son derece moda olan bazı teknolojik uygulamalarla da yakından ilgilidir.
Peki, sıvı metal araştırma ve geliştirme nerede? Tsinghua Üniversitesi ekibi ve Çin Bilimler Akademisi Fizik ve Kimya Enstitüsü tarafından yapılan yeni bir çalışma oldukça heyecan verici.
(Kaynak: bu makale)
Advanced Functional Materials dergisinde yayınlanan "Lightweight Liquid Metal Entity" gazetesine göre ekip, "hafif sıvı metal" kavramını ortaya attı ve benzeri görülmemiş bir hafif sıvı metal malzeme icat etti.
Dahası, araştırmada gösterilen sıvı metal malzeme birçok yönden "malzemelerin kralı" grafenden bile daha iyidir.
Bu araştırmanın sonuçlarıyla ilgili olarak, makalenin yazarı, Tsinghua Üniversitesi'nden Profesör Liu Jing, DeepTech'e şunları söyledi: "Bu araştırma, temel ve evrensel öneme sahip olan 'hafif sıvı metal madde' kavramını ilk kez ortaya koyduğu için şanslı.
İhtiyaçlara göre hafif sıvı metal diğer maddelerle karıştırılarak daha hedefli işlevler verilebilir. Genel olarak sıvı metal, birçok son teknoloji malzemenin (elektrik, manyetizma, ses, ışık, ısı, makine, sıvılar, kimya) işlevlerini aynı anda tek bir malzeme biçiminde birleştirir, bu da benzersizdir.
Araştırmada gösterilen hafif sıvı metal, yüksek elektriksel iletkenlik, manyetizma, deforme olabilirlik, montaj ve istifleme, yüksek ısıl iletkenlik ve sıvı ile katı arasında esnek anahtarlama özellikleri gibi birçok fonksiyona sahiptir. Bunların organik maddeye sahip olması kolay değildir ve çoğu grafenin özelliği değildir. Grafenin sıvıya dönüştürülmesi kolay değildir, bu da onu elektronik mürekkep, 3B baskı malzemesi, kemik enjeksiyonu, dış iskeletler ve robotlar gibi birçok uygulamada sıvı metale göre daha düşük hale getirir. "
Yoğunluk "büyüsünü" kırın
Sıvı metal demişken, ona aşina olmamalısınız.Örneğin cıva, oda sıcaklığında sıvı olan en tanıdık metaldir. Cıva, akışkanlığı ve termal özellikleri nedeniyle termometrelerde ve tansiyon aletlerinde de yaygın olarak kullanılmaktadır.
Bununla birlikte, cıva gibi sıvı metallerin çevreye ve insan sağlığına daha fazla zarar vermesi, uygulama kapsamını büyük ölçüde sınırlamaktadır. Ayrıca, genel metallerin yoğunluğu nispeten yüksektir Ürüne büyük miktarda sıvı metal eklenirse, ürünü taşımayı zorlaştırabilir ve bu da sıvı metalin uygunsuz uygulaması için bir darboğaz haline gelir.
Bu nedenle, bilim adamlarının her zaman özlem duyduğu mükemmel sıvı metal, son derece plastik, çevreye zararsız ve hafif yoğunluğa sahip olmalıdır.
Böylesine "mükemmel" bir sıvı metal bize gittikçe yaklaşıyor. Bu ekibin araştırma sonuçlarında, Eutectic Galliumindium Alaşımlarına dayanan ve 0.448 ~ 2.010 g / cm3 ayarlanabilir yoğunluk aralığına sahip özel malzemeler ve yapılarla eklenen sıvı bir metal, Suyun yoğunluğu hala düşük.
Ve civanın aksine, galyum indiyum ötektik alaşım iyi biyolojik güvenliğe sahiptir.
Galyum-indiyum ötektik alaşımın hazırlama süreci ile ilgili olarak Liu Jing özellikle şunları belirtti: "Sıvı alaşım hazırlama, içi boş cam boncuklar ve çeşitli işlevsel maddelerin yüklenmesi dahil olmak üzere üretim sürecinde malzeme kirlenmez. Karşılık gelen malzemeler için birçok seçenek vardır ve bu makale Yöntem, daha geniş bir aralığa genişletilebilen temel dip yöntemidir. "Daha da şaşırtıcı olan, malzemenin sıcaklık ayarı altında iyi malzeme tutarlılığını ve iletkenliğini koruyabilmesi ve tamamen yumuşak ve sert durumlar arasında serbestçe geçiş yapabilmesidir.
Bununla birlikte, özünde galyum-indiyum ötektik alaşımı hala bir metal alaşımıdır.Makale,% 75.5 galyum ve% 24.5 indiyumun kütle yüzdelerine göre muntazam bir şekilde karıştırılması ve ardından 150 ° C'de 12 saat boyunca karıştırılmasıyla yapılır.Yoğunluk yaklaşık 6.5 g / cm3 aslında hafif olmaktan uzaktır.
Yoğunluğu sudan daha hafif olacak şekilde azaltmak istiyorsanız, yaklaşık% 70 oranında azaltmak anlamına gelir ve böyle bir yaklaşım emsalsizdir.
Araştırma ekibi, makalede bahsedilen "K1" tipi içi boş cam boncuklar gibi ortası içi boş bir yapıya sahip ultra hafif bir malzeme olan ve yoğunluğu 0.125 g / cm3.
Şekil a. İçi boş cam boncukların şematik diyagramı; b. İçi boş cam boncukların makro ve mikro görünümü (kaynak: bu kağıt)
İçi boş yapı nedeniyle, bu malzeme galyum indiyum ötektik alaşım ile birleştirildikten sonra malzemenin yoğunluğunu etkili bir şekilde azaltabilir ve toplam yoğunluk, iki malzemenin oranını ayarlayarak ayarlanabilir. Yapılan malzemeye "içi boş cam boncuklar-galyum indiyum ötektik alaşımı" adı verilir ve "GB-eGaIn" olarak anılır, bu çok hafiftir ve hatta çiy damlaları gibi yaprak yüzeyinde kalabilir.
Şekil Yaprak yüzeyine yerleştirilmiş kalp şeklindeki içi boş cam boncuklar-galyum-indiyum ötektik alaşım (kaynak: bu kağıt)
Bu fikirden yola çıkılarak sentezlenen GB-eGaIn ayrıca mükemmel plastisiteye ve yeniden yapılandırılabilirliğe sahiptir.Önce düz malzemeleri sentezleyebilir, ardından istenen yapıyı oluşturmak için "katlama kağıdı" benzeri bir işlemden geçirilebilir. Ek olarak, GB-eGaIn, aşağıdaki resimde bulunan GB-eGaIn'den yapılmış "Küçük At" ve "Ayı Yansıtan Üç Havuz" gibi karmaşık üç boyutlu yapılar yapmak için kalıpları da kullanabilir.
Şekil GB-eGaIn'den yapılan karmaşık yapılara örnekler (kaynak: bu makale)
"Çoklu geliştirmeyi" destekleyin
Sıvı metal malzemeler yapmak için içi boş cam boncuklar ekleme fikrine öncülük ettikten sonra, işlevselleştirilmiş sıvı metal malzemelere kapı da açıldı.
Araştırma ekibi, karmaşık yapılar yapmanın yanı sıra, hafif sıvı metal malzemeleri yeniden işleyerek, örneğin özel özelliklere sahip bazı malzemeler (manyetik malzemeler vb.) Ekleyerek, sıvı metale daha fazla işlevsellik kazandırılabileceğini keşfetti.
Makalede, manyetik malzemelerin eklenmesinin basit bir uygulamasından bahsedildi.Manyetik malzemeler, GB-eGaIn'in suda yüzen, batan ve yönsel hareketini kontrol etmek için kullanılabilir.
Şekil GB-eGaIn, su deneylerinde manyetik malzemelerle birleştirilmiştir (kaynak: bu kağıt)
Makalenin son paragrafında araştırma ekibi, gelecekteki araştırma yönünün, içi boş cam boncukların içi boş yapısına manyetik ve elektriksel özellikler gibi işlevsel malzemeler eklemek olabileceğini ve bu da sıvı metalin işlevselliğini büyük ölçüde artırabileceğini öne sürdü.
Liu Jing ayrıca daha fazla fikir ortaya attı: "Cam Kabarcıkları, kalınlığı ve boyutu ayarlanabilen bir vakum haline getirilebilir. Bu rota boyunca havada yüzebilen hafif sıvı metal bile gerçekleştirilebilir. Bu birçok uygulamayı açacaktır. Boşluğu hayal edin.Bu makalede gösterilen sıvı metalin yoğunluğu, suyun bir fraksiyonundan birkaç katına kadar geniş bir aralığı kapsamaktadır.Aslında, Cam Kabarcıklara ek olarak, sıvı metale her türlü yabancı cisim yüklenebilir. Plastik, ahşap, hafif metaller, manyetik ve optik malzemeler vb. Gibi hafif malzemeler. Bu makaledeki yöntem, hafif sıvı metallerin geliştirilmesi için bir yön ve uygulama açar. "
İşlevsel malzemelerin nihai hedefi hala pratik uygulama düzeyindedir. Bu tür hafif sıvı metal malzeme, proses ve malzemenin kendisi çevre üzerinde çok az etkiye sahiptir ve uygulama düzeyinde sınırsız beklentilere sahip olmalıdır.
Uygulama seviyesine gelince, Liu Jing de çok iyimser görünüyordu ve bazı çok ilginç yönler önerdi, bu da Liu Jing'in tam bir bilim kurgu hayranı olduğunu gösteriyor:
(1) Deforme edilebilir esnek robot (bilim kurgu filmi "Terminatör" robotuna benzer);
(2) Bireysel koruma için katı ve sıvı arasında değiştirilebilen sert ve esnek hafif dış iskelet (bilim kurgu filmleri "Alita" ve "Demir Adam" daki derilere benzer);
(3) Dişler dahil hasarlı kemiklerin hızlı onarımı için enjekte edilebilir kemikler (bilim kurgu filmi "Wolverine" gibi);
(4) Hafif ve rahat giyilebilir elektronik;
(5) Denizaltılara benzer şekilde deniz suyunda yukarı ve aşağı yüzebilen esnek robotlar;
(6) Hava seyrüsefer görevleri için deforme edilebilir uçak
Tabii ki, Liu Jing ayrıca endüstriyel uygulamalarda aşılması gereken teknik sorunlardan bahsetti, örneğin: 1. Bitmiş malzemelerin kalitesi, tekdüzeliği ve kararlılığı; 2. Bitmiş malzemelerin tekrar tekrar kullanımının tekdüzeliği ve güvenilirliği 3. Elektriksel özellikler, manyetizma, sertleştirme sonrası güç, sertlik vb. Gibi belirli performans garantisi; 4. Sert esnek bir insan dış iskelet sisteminin geliştirilmesi gibi harici kontrol birimleriyle kombinasyon.
"Bu sorunların, altta yatan malzemeler, yükleme malzemeleri, hazırlık süreçleri ve uygulama sistemleri gibi birden çok bağlantı yoluyla garanti edilmesi gerekiyor. Biyomedikal uygulamalar dahil olmak üzere belirli uygulamalar için bile, biyouyumluluk gibi daha fazla sorunun araştırılması gerekiyor. Pek çok temel bilim ve uygulama sorunu daha fazla gelişmeyi bekliyor. "Dedi.
Her ne kadar bu aşamada bilim kurgu filmlerine benzer sıvı metal uygulamalarının gerçekleştirilmesi hala çok uzak ama şimdi en azından yeni bir olasılığın başlangıcına sahibiz.
