王晓林教授(卧龙岗大学)领导该项目团队
在一项具有里程碑意义的发现中，卧龙岗舰队大学(UOW)的研究人员实现了液态金属的非接触操作。
这些金属可以被控制向任何方向移动，并通过使用小电压和磁铁被操纵成独特的悬浮形状，如环形和方形。
使用的液态金属是镓、铟和锡的合金，由于其高表面张力，有利于液滴的形成。
在一个小的“触发”电压的作用下，这种液态金属变成了一根电线，因为电压引起电化学氧化，降低了金属的表面张力。
“我们意识到电磁感应可以用来控制液态金属线”著名的“左手法则”说明了磁场对载流电线产生的力的方向。
“因为这些反应需要电流通过导线，所以可以通过施加磁场(即电磁感应;与驱动电动机运动的机制相同)，”该项目的负责人王晓林教授说。
因此，导线可以被操纵在可控的路径上移动，甚至可以在外加磁场的圆周上悬挂(对抗重力)，假设受控的设计形状。
液态金属的非接触操作使我们能够以新的方式开发和可视化电磁学。以非接触方式控制液态金属流的能力也为先进制造和动态电子结构塑造电子导电流体提供了新策略，”卧龙岗博士生何亚华(Yahua He)说，他是该研究的主要作者。
非接触的制造和操作方法可以最大限度地减少对被研究或操作对象的不必要干扰。以前开发的非接触技术包括通过声学操作或光镊来操作物体。
然而，到目前为止，以非接触方式操纵自由流动的液体流特别困难。实现高度可控的液体方向变化或复杂形状，特别是在不破坏流体横截面形状的情况下，是UOW团队面临的挑战。
“在这个科学过程中，有一个令人愉快的发现元素。一旦团队开始研究这个话题，我们就意识到它背后还有很多东西，”团队负责人王晓林教授说。
“液态金属线通过施加小电压(大约1伏)形成。然而，我们的团队发现，在产生的电线中可以测量到相当大的电流(高达70 mA)。
“在这一点上有一个创造性的飞跃，因为团队意识到电磁感应可以用非接触的方式来控制液态金属线。这是最终成功解决这一挑战的关键，从而开发出一种以非接触方式塑造流体的新策略。”
UOW团队的研究结果发表在1月份的《美国国家科学院院刊》(PNAS)上，这是世界上首屈一指的多学科研究期刊。
王晓林教授是ARC未来低能电子技术卓越中心(FLEET)的节点领导者和主题领导者，并领导了来自澳大利亚创新材料研究所超导和电子材料研究所的研究团队。
“通过结合电磁感应和流体动力学，我们能够以可控的方式操纵液态金属，并像软机器人一样移动，”王教授说。
对液态金属的研究受到生物系统和科幻小说的启发，包括詹姆斯·卡梅隆导演的电影中可以变形的液态金属“T-1000”机器人《终结者2”。
“这项研究不仅仅是科幻小说，我们已经构思并实现了这种液体的非接触方法，提供了一种操纵和塑造液体的新方法。”
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这种非接触式操作是由材料独特的流体动力学和金属特性实现的。作为软的载流导体，导线在控制磁场的情况下通过洛伦兹力进行操作时阻力最小。因此，这些电线可以很容易地以设计好的方式操纵。
这种极低的运动阻力允许对所产生的形状进行异常精细的控制。
“通常，液体流分解成液滴。例如，从水龙头或软管流出的水流一开始是圆柱体，但很快就分解成水滴。然而，液态金属丝具有类似弦的性质，类似于在空中摆动的丝带。这一特性使我们能够将液态金属流操纵成连续的循环和其他形状，”共同通讯作者迈克尔·迪基教授(北卡罗来纳州立大学)说。
”流动液态金属丝的非接触旋转、悬浮和加速，由何亚华、唐剑波、Kourosh Kalantar-zadeh、迈克尔·d·迪基和王晓林于2022年1月在《中国日报》上发表PNAS．DOI 10.1073 / pnas.2117535119
Michael Dickey教授(北卡罗莱纳州立大学)
第一作者，博士生何亚华(UOW)
这是由uow领导的与新南威尔士大学和北卡罗莱纳州立大学FLEET研究人员的合作
澳大利亚研究委员会通过ARC未来奖学金项目和FLEET的ARC COE支持这项研究。
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- 联系王晓林教授(卧龙岗大学)xiaolin@uow.edu.au
- 联系Michael Dickey教授(北卡罗莱纳州立大学)mddickey@ncsu.edu
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