金属颗粒的驱动作用和示踪效应在液态金属流动中的应用

笔者实验室Tang等［10］，首次发现特定金属颗粒可在润湿液态金属表面后持续诱发其发生大范围流动与变形。在偶然的实验中，研究人员观察到这样一个基础现象，即撒落在液态金属表面的铜粉被润湿后，能够持续诱发液态金属发生大尺度流动与变形（图2.13），彰显“小颗粒，大作用”。该效应被证实为一种表面张力梯度驱动的流动，而表面张力的不均匀分布来自有着不同表面电荷密度的金属颗粒与液态金属间的耦合作用。众所周知，液体表面张力是指作用在液体表面、使得液体可以保持与外界最小接触面积的力，是表征液体物理性质的重要指标，液态金属的一系列非同寻常的行为正因此而触发。

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图2.13颗粒驱动的液态金属流动及其局部与整体流场可视化结果［10］

金属颗粒驱动液态金属流动的现象表明，对于液态金属这一独特的流体物质而言，即便只与很小的金属颗粒接触，其自身状态也极易发生改变。有意思的是，黏附于液态金属表面且随其流动的金属颗粒在实验观测中清晰可视，研究人员为此创造性地将颗粒引入作为液态金属流动状态的天然示踪粒子，由此获得了对液态金属流场的可视化和定量化测定［10］，从而揭示了其中的独特对流模式。此前，液态金属由于自身不透明，表面极为光滑，光反射率高，已有实验技术难以获得其流场信息甚至不能对液态金属内部是否存在流动做出判断，相应问题的研究始终处于停滞状态。此项发现为此建立了一种重要的影像研究工具；同时，利用微小颗粒驱动大尺度流体也为构筑液体表面泵和智能流体系统提供了一种自驱动方案。