笔者实验室发现［1］，液态金属的变形现象可通过结合溶液后采用电场实现，即浸没于水中的液态金属对象可在低电压作用下呈现大尺度变形。较为独特的是，一块很大的金属液膜可在数秒内即收缩为单颗金属液球，变形过程十分快速，而表面积改变幅度可高达上千倍［1］。在实验室中发现的液态金属变形过程如图14.3所示，其具体的实施步骤为：首先，滴一滴液态金属Ga67In20.5Sn12.5在塑料板上，此时由于重力的作用，这滴液态金属在塑料板上形成一个平坦且呈椭圆形状的液态金属薄膜，这个椭圆的长径约为2 cm；之后在这个液态金属薄膜上滴上一些水，直到水完全淹没这层液态金属薄膜；然后将电极的阳极浸没在水中，将电极的阴极接触液态金属，此时用的电极为铜丝；最后这些装置设置好之后，当向两个电极供电，发现此时的液态金属薄膜在电场的作用下，迅速形成一个液态金属球，表明液态金属的表面张力发生了巨大的改变。为了进一步验证这种转换能力，Sheng等［1］将整个培养皿的底部铺满液态金属薄膜，按着相同的实验步骤，得到了类似的实验结果。整个实验过程中典型的变化行为如图14.3所示。
图14.3 浸没于水中的液态金属在低电压作用下呈现出大尺度变形［1］
镓基液态金属中，金属Ga为其主要原料成分。由于金属Ga的存在，液态金属表面易生产一层很薄的氧化膜，可防止液态金属内部被氧化，氧化膜厚度不再增加。表面氧化膜使液态金属表面存在一定的刚性，故液态金属可保持一定的形状。当液态金属在氧化膜作用下保持一定形态后，当需要改变形态时，通常所使用的方法是引入外部机械力作用，而通过外加电场的方式同样可以控制液态金属的形态使其发生收缩。
向培养皿中滴加一滴液态金属EGaIn合金（体积约为50 μL），左右前后晃动培养皿，使其铺满整个培养皿。EGaIn合金在培养皿中由球变成一块金属薄膜后，由于表面形成了一层薄氧化膜，会始终保持平铺状态。向培养皿中加入10 mL中性或弱酸弱碱的水溶液。随后，当在铺展开的EGaIn液态金属薄膜上加电源负极，水溶液里加电源正极，正负电极间加一定的电压时，EGaIn合金便会很快向负极收缩，最终在负极处形成一个EGaIn小球。图14.4所示为通过高速摄像机拍摄的EGaIn合金收缩过程［2］，从所得的视频文件中提取EGaIn合金收缩的瞬时速度以及平均速度，可以看出，在10 s的时间内，EGaIn合金的表面积迅速减小，最终收缩成球。
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图14.4 EGaIn机器在0.1 mol/L NaCl溶液中，加电后表面积随时间变化不断减小［2］
实验还观察到，阳极对液态金属具有排斥作用，而阴极对液态金属具有吸引作用。在通电之后，在阳极和阴极之间形成了液态金属运动的波，这种流动的液态金属波最先出现在阳极，然后逐渐向阴极移动，最终包围了阴极，在阴极形成一个液态金属球。为了更进一步研究这种变形行为，作者在培养皿中放置两片液态金属膜片并通过桥连接［1］。当通电之后，两块液态金属膜片最终收缩成液态金属球体。实验过程中左边的液态金属膜片收缩成球，然后这些金属通过连接两个膜片的液态金属桥（图14.5），之后右边的液态金属膜片开始收缩，并最终形成一个大的液态金属球。通过液态金属桥的变形过程如图14.5所示。液态金属在水中的形状完全取决于液态金属的表面张力，在实验中，液态金属的形状取决于其表面张力和外加电场的大小，由于液态金属的表面张力是固定的，所以这些变形主要取决于外加电场的大小。
一个值得注意的事实就是，引起这些变形及运动现象所采用的驱动电压很低，在2～20 V甚至更低，这会显著扩大液态金属电控收缩形变效应的应用范围。具体来说，对于液态金属的变形，其变形速度一方面受到施加电压大小的影响，另一方面也与溶液中的导电离子有关，施加的电压越大、溶液中的导电离子越多，这种变形速度就越快，同时可以实现变形的面积也就越大。这一最新发现开辟了利用电压调控液态金属变形的全新途径。因为具有很好的可控性，此类人工控制的液态金属变形体可以有许多潜在的应用。
作为一大类新兴的功能材料，常温液态金属具备各种常规材料无法拥有的属性，蕴藏着诸多以往从未被认识的新奇物理特性，为若干新兴的科学和技术前沿提供了极为丰富的研究空间。
图14.5 液态金属桥的变形过程［1］
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