液态金属球高速自旋与周围流体漩涡现象分析

除了液态金属的各种变形行为外，液态金属对周围溶液的作用行为也被发现。通过实验可以观察到［1］，在液态金属和水组成的小系统里，由于双流体的存在，当在液态金属球两端的水溶液施加电场时，可以观察到在水中会出现两个高速旋转的漩涡对。在这里，液态金属液滴浸入水中，两个电极放置的相对位置如图14.7a所示。当向两个电极施加电场的时候，可以观察到液态金属球出现了高速自旋，如图14.7b所示。同时，在液态金属的溶液中可以观察到有两个漩涡产生［1］，漩涡对出现在靠近阴极的一侧。图片上箭头指示的方向是水中旋涡运动的方向。为了使水中漩涡的运动方向更易于观察，可向水中添加些许黑色的悬浮物，通过悬浮物能够明显地看到液态金属所诱发的流体漩涡对行为。

图14.7　电场控制下的液态金属球高速自旋运动（a）以及由此诱发的周边流体涡漩现象（b）［1］(www.xing528.com)

实验还进一步揭示出，这些漩涡的旋转是比较固定的，原因在于，引发旋涡的液态金属球两侧的高速自旋是固定的。之所以诱发旋涡对，是由于液态金属的黏性作用，带动自旋处下方的水向上运动，由于自旋处的水被液态金属自旋带往高处，自旋处周围的水随机及时补充过来，由于速度过快，于是形成了漩涡对。实验中，当把电极的正负极换位，可以看到漩涡对也跟着换位，总是出现在靠阴极的位置。值得指出的时，液态金属的这种自旋行为及其引发的漩涡对，采用刚体材料很难实现，同时这个发现也简化了制作泵的工艺，可由此快速制造大量的柔性可变形流体驱动泵。

对于液态金属这些不寻常的流体行为，其发生的主要原因是液态金属相关的各种性能，如高导电性和流动性。本质上，运动是由于液态金属球的表面张力在电诱导的作用下其界面张力梯度发生改变。当高速自旋时，可以有效地减少液态金属球与接触面的摩擦力，所以可以在很低的电压下诱导金属球向目的地移动。