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液态金属的分散和重新聚合:振动频率与强度的调控

时间:2023-06-20 理论教育 版权反馈
【摘要】:如图6.18a所示,振动频率在2~5 Hz范围内,振幅约为20 cm时,液态金属因为撞击培养皿的壁面,而导致被分散。这种分散作用颇有意义,例如在液态金属通过小空隙时,可以通过这种低频率的振动分散自身,顺利通过空隙后再重新聚合。同样,通过高频率超声振动,可以迅速实现液态金属的团聚[14],如图6.18b所示。图6.19液态金属分散的SEM图[14]

液态金属的分散和重新聚合:振动频率与强度的调控

如何利用液态金属高表面张力和密度,来实现液态金属的任意变形,是研究重点。笔者实验室发现[14],通过将液态金属浸润到乙醇和弗硅烷的有机溶剂中,可以有效减弱液态金属和溶液之间的界面张力,从而使得液态金属易于被修饰。在大振幅小频率的振动作用下,液态金属被分散成微米甚至是纳米级别的颗粒。如图6.18a所示,振动频率在2~5 Hz范围内,振幅约为20 cm时,液态金属因为撞击培养皿的壁面,而导致被分散。这种分散的程度取决于振动次数,主要是因为液态金属在碰壁过程中,获得了大量的能量,当液态金属自身的表面张力不足以束缚这种能量时,就会被打散。而溶液中的有机物恰巧可以把分散的液态金属小颗粒加以包裹,由此形成胶囊装,也即实现了液态金属的分散。这种分散作用颇有意义,例如在液态金属通过小空隙时,可以通过这种低频率的振动分散自身,顺利通过空隙后再重新聚合。

解决了液态金属分散的问题后,如何再将分散的液态金属团聚起来,恢复到分散之前的状态呢?这种借助弗硅烷包裹的液态金属小颗粒,彼此是不接触的,每一个相邻的液态金属之间均存在着弗硅烷层。打破了这层弗硅烷,液态金属就可以团聚起来。同样,通过高频率超声振动,可以迅速实现液态金属的团聚[14],如图6.18b所示。分散的液态金属可以在7 ms内达到团聚,这是因为高频振动导致了弗硅烷膜层的破裂,从而实现了液态金属的再团聚。

图6.18 液态金属的分散和团聚过程[14](www.xing528.com)

a.f=2~5 Hz;A=20 cm;b.f=100~1 000 Hz;A=0.0l cm。

那么低频率振动对液态金属分散以及高频率对液态金属团聚的具体影响是什么呢?图6.19所示是在不同的振动时间,液态金属所呈现出的结构特征[14]。可以看到,液态金属颗粒越小,球形特征越明显。通过统计分析,可以得到一定的规律:振动次数对于液态金属的分散作用是十分明显的;高频振动对于分散的小液态金属的团聚效率同样是高效的,液态金属可以在很短时间内团聚。这种方法对于液态金属机器人的发展有积极作用。

图6.19 液态金属分散的SEM图[14]

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