Araştırmacılar, sıvı metal kaynağının nano parçacık etkisini keşfeder ve bir dizi uygulama teknolojisi ilerlemesi elde eder.
Son zamanlarda, Çin Bilimler Akademisi Fizik ve Kimya Teknik Enstitüsü ve Tsinghua Üniversitesi'nin ortak araştırma ekibi, sıvı metal kaynak nanopartiküllerinin etkisini ilk kez bildirdi. "Tang ve diğerleri, Sıvı Metal Şablonda Elektrokimyasal Kaynak Yoluyla Metal Nanopartiküllerin İnce, Gözenekli ve İletken Ağları, Gelişmiş Malzeme Arayüzleri" başlıklı makalede, 2018: 1800406) makalesinde (kapak makalesi), araştırma ekibi ilk kez, metal nanopartiküller ile kaplanmış sıvı metal boncuklar bir alkali solüsyona yerleştirildiğinde, orijinal olarak dağılmış partiküllerin kendi kendine organize olacağını ve nanogözeneklere bağlanacağını keşfetti. Ağ benzeri yapıdadır ve sıyrılması kolaydır (Şekil 1). Bunun nedeni, alkali bir çözeltide sıvı metal arayüzün indirgeyici olması, bakır nanopartiküllerin yüzeyinin ise oksidasyon nedeniyle oksitler oluşturmasıdır; ikisi çözeltide farklı elektrokimyasal potansiyele sahiptir, bu nedenle sistem bir elektrokimyasal reaksiyona girer. Nanopartiküllerin yüzeyindeki oksit azalır, bu da yeni üretilen metalik bakırın çevreleyen bakır partiküllerini birbirine sıkıca bağlamasına neden olur. Bu işlem klasik metal kaynağına benzer, bu nedenle araştırma ekibi buna "Sıvı Metal Kaynak Nanopartikül Etkisi" adını verdi.
Parçacık ağı, sıvı metalin yüzeyinden sıyrılıp diğer alt tabakalara aktarılabilen iyi bir mekanik mukavemete sahiptir. Metal parçacıklardan oluşan bu tür özel ince film gözenekli malzemenin iletkenliği ölçülerek, sıradan metal iletken malzemelerden farklı olduğu bulunmuştur: Sistemdeki elektrik alanın neden olduğu direnç azalması özelliği vardır; voltaj çok yüksek olduğunda direnç ölçülecektir. Birkaç büyüklük sırasındaki ani bir artış, aşırı yüksek voltajın parçacık ağının iletkenliğinin bozulmasına neden olacağını gösterir. Derinlemesine araştırmalar, direncin azalmasının sebebinin, uygulanan elektrik alanı altındaki elektrostatik hareketin kısmen ayrılmış parçacık ağını birbirine bağlayarak iletken yolu artırması olduğunu ortaya koymaktadır; dirençteki ani artışın nedeni, parçacık bağlantısını koparan yüksek akımlar altında elektromigrasyonun artmasıdır. Açın ve iletkenliği kaybedin. Yukarıdaki bulgular, sıvı metal kullanılarak mikrometre kalınlığında bir gözenekli iletken parçacık ağının dokunması için bir yöntemin oluşturulmasına katkıda bulunmuştur ve bu şekilde elde edilen yeni malzeme, iyi mekanik mukavemete ve benzersiz elektriksel özelliklere sahiptir.
Ek olarak, ortak grupta yayınlanan bir başka makale ise "Chen ve ark., Bakır İyonları, ACS Uygulamalı Malzemeler ve Arayüzler Tarafından İndüklenen Sıvı Metalin Kendiliğinden Büyüyen ve Serpantin Hareketini" başlığını taşımaktadır. , DOI: 10.1021 / acsami.8b07649), araştırma ekibi ilk kez yeni bir kendi kendine büyüyen sıvı metal serpantin dispersiyon etkisini keşfetti. Önceki çalışmalarda, sıvı metal kendi kendine çalışan makineler, yüzey Marangoni akışı ve periyodik kendi kendine salınım etkileri gibi fenomenler keşfedilmiş ve birbiri ardına açıklanmıştır. Ancak sıvı metalin yüksek yüzey gerilimi nedeniyle bu deformasyon davranışları bir bütün olarak daha mevcuttur. Bu sefer keşfedilen etki, öncekilerden farklı olan büyük ölçekli sıvı metalin bir tür ayrık deformasyonu ve kıvrımlı hareketidir ve insanların sıvı metal uzay konfigürasyonunun dönüşümü anlayışında devrim yaratmıştır.
Çalışmalar, asidik bir bakır tuzu çözeltisinde, bir sıvı metal kütlesinin kendiliğinden çok sayıda ince yalancı şerit oluşturabildiğini ve yılanlar gibi hareket edebildiğini göstermiştir (Şekil 2). Bu fenomenin arkasındaki mekanizma, esas olarak, yer değiştirme reaksiyonu ile oluşturulan sayısız minik Cu-Ga galvanik hücrelerin, sıvı metal ile bakır tuzu çözeltisi arasındaki arayüzde üretilmesidir; bu, sıvı metalin yüzey gerilimini değiştirerek dengesiz bir arayüz basıncına neden olur. Zayıf, sonunda serpantin hareketine yol açtı. Burada çözeltinin asitliğinin deneysel sonuçlar üzerinde büyük etkisi vardır. Uygun asidik koşullar altında, serpantin sıvı metalin oluşum ve hareket hızı, asitlik mukavemeti ayarlanarak kontrol edilebilir. Dahası, bu kıvrımlı hareket birden çok kez uyarılabilir ve hareketin dayanıklılığını büyük ölçüde artırır. Çalışma ayrıca, asidik bakır tuzu çözeltisinin benzersiz ortamının, sayısız bakır partikülünün sürekli ve kararlı bir şekilde çökeltilmesini ve yutulmasını sağladığını ortaya koydu.Bu tür bir dinamik denge, serpantin dispersiyonu fenomeninin köklü nedenidir. Bu fenomen, sıvı metal malzemeler dünyasının bilimsel resmini zenginleştirmekte ve son yıllarda ortaya çıkan sıvı metal esnek makinelerin teorik ve teknik çağrışımlarını daha da genişletmektedir.
Yukarıda belirtilen temel keşiflere ek olarak, ortak ekip son zamanlarda gelişmiş sıvı metal uygulama teknolojisi araştırmalarında bir dizi yeni ilerleme kaydetti ve tümör tedavisi için art arda yeni biyomedikal materyalleri hedefledi (Şekil 3, Wang ve diğerleri, Advanced Healthcare Materials, 2018), Elektronik mürekkep (Şekil 4, Chang ve diğerleri, Advanced Materials Interfaces, 2018), giyilebilir tıbbi (Şekil 5, kapak makalesi, Guo ve diğerleri, Adv. Eng. Mater., 2018), gerilebilir cilt elektroniği (Şekil 5) 6, Guo ve diğerleri, Science China Technological Sciences, 2018) ve esnek robot algılama ve kontrolü (Şekil 7, Guo ve diğerleri, Akıllı Malzemeler ve Yapılar, 2018) ve acil pratik ihtiyaçların ortaya çıktığı diğer alanlar bir dizi önemli pratik teknoloji geliştirmiştir .
Yukarıdaki araştırma, Çin Bilimler Akademisi Başkanlık Fonu ve Sınır Bilim Projesi ve Çin Ulusal Doğa Bilimleri Vakfı tarafından finanse edildi.
Şekil 1. Derginin kapak hikayesi ve sıvı metal kaynak nanopartiküllerinin etkisiyle üretilen gözenekli ağ malzemesinin yansıması
Şekil 2. Kendi kendine büyüyen sıvı metal dispersiyon etkisi, serpantin hareketi fenomeni ve kısmi mekanizma analizi
Şekil 3. Magnezyum bazlı sıvı metal deri kaplama malzemesi ve bunun prensibi ve tümör tedavisi için yakın kızılötesi lazer ablasyon uygulaması
Şekil 4. İyi baskı özelliklerine sahip yüksek performanslı nikel bazlı sıvı metal elektronik mürekkep malzemesi
Şekil 5. Derginin kapak hikayesi ve giyilebilir ve kablosuz sağlık izlemesi için yansıtılan sıvı metal esnek elektronikleri
Şekil 6. Katlama yapısına ve sağlık izleme uygulamasına dayanan yüksek derecede uyumlu gerilebilir sıvı metal kaplama elektroniği
Şekil 7. Esnek aktüatör için sıvı metal sensörü ve tepkisi
