Des chercheurs de l'Université d'État de Caroline du Nord ont développé une méthode permettant de contrôler la tension superficielle des métaux liquides en appliquant des tensions extrêmement basses, ouvrant ainsi la porte à une nouvelle génération de circuits électroniques, d'antennes et d'autres technologies reconfigurables.Cette méthode repose sur le fait que la « peau » d’oxyde du métal, qui peut être déposée ou retirée, agit comme un tensioactif, réduisant la tension superficielle entre le métal et le liquide environnant.googletag.cmd.push(function() { googletag.display('div-gpt-ad-1449240174198-2′); });
Les chercheurs ont utilisé un alliage métallique liquide de gallium et d’indium.Dans le substrat, l'alliage nu a une tension superficielle extrêmement élevée, d'environ 500 millinewtons (mN)/mètre, ce qui amène le métal à former des taches sphériques.
« Mais nous avons découvert que l’application d’une petite charge positive – inférieure à 1 volt – provoquait une réaction électrochimique qui formait une couche d’oxyde à la surface du métal, ce qui réduisait considérablement la tension superficielle de 500 mN/m à environ 2 mN/m. m."a déclaré Michael Dickey, Ph.D., professeur agrégé de génie chimique et biomoléculaire à l'État de Caroline du Nord et auteur principal de l'article décrivant le travail."Ce changement provoque l'expansion du métal liquide comme une crêpe sous la force de la gravité."
Les chercheurs ont également montré que le changement de tension superficielle est réversible.Si les chercheurs changent la polarité de la charge de positive à négative, l’oxyde est éliminé et la tension superficielle élevée revient.La tension superficielle peut être ajustée entre ces deux extrêmes en modifiant la contrainte par petits incréments.Vous pouvez regarder la vidéo de la technique ci-dessous.
"Le changement de tension superficielle qui en résulte est l'un des plus importants jamais enregistrés, ce qui est remarquable étant donné qu'il peut être contrôlé à moins d'un volt", a déclaré Dickey.« Nous pouvons utiliser cette technique pour contrôler le mouvement des métaux liquides, ce qui nous permet de modifier la forme des antennes et de faire ou défaire des circuits.Il peut également être utilisé dans les canaux microfluidiques, les MEMS ou les dispositifs photoniques et optiques.De nombreux matériaux forment des oxydes en surface, ce travail peut donc être étendu au-delà des métaux liquides étudiés ici.
Le laboratoire de Dickey a déjà démontré une méthode « d'impression 3D » de métal liquide qui utilise une couche d'oxyde qui se forme dans l'air pour aider le métal liquide à conserver sa forme – de la même manière qu'une couche d'oxyde fait avec un alliage dans une solution alcaline..
"Nous pensons que les oxydes se comportent différemment dans les environnements basiques et dans l'air ambiant", a déclaré Dickey.
Informations complémentaires : L'article « Activité de surface géante et commutable du métal liquide par oxydation de surface » sera publié sur Internet le 15 septembre dans les Actes de la National Academy of Sciences :
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