电场作用下液态金属的定向水平运动行为分析

通过一系列的概念性实验发现，布置不同的通道可以实现液态金属颗粒单方向的水平运动［1］。实验中，将液态金属颗粒半淹没于电解质溶液中，电解质溶液按着流道铺在塑料板上。在与通道垂直的两端放置电极，两电极之间采用直流电时，液态金属会受到一系列外力的作用。颗粒运动的驱动力包括液态不平衡的金属表面张力梯度力和水的旋转力，这种驱动力要大于液态金属颗粒与塑料板接触的摩擦力和电解质的黏性摩擦力。在这些不平衡力的综合作用下，液态金属颗粒会产生平动。

液态金属球平动行为如图14.8左所示。液态金属颗粒的移动速度大约是每秒2个液态金属直径长度，移动方向是从阴极向阳极移动，移动方式呈现加速移动［1］。对于液态金属平动的量化结果如图14.8右所示，在图中有两个液态金属球，其大小是不一样的。实验可知，液态金属越大，其移动的速度也就越快。在实验中进一步观察，可以观测到液态金属这种运动方式是一种自我驱动方式，而非简单的滚动，在液态金属运动相反的方向形成一个尾巴，所以可以看出一方面运动速度很快，另一方面并非简单的球体滚动运动。液态金属的这种电控定向运动方式可通过设置特定结构予以调控，比如微型毛细管、环形腔道以及更多复杂图案的空间结构，按需实现程序控制下的运动。

(https://www.xing528.com)

图14.8　液态金属颗粒在电场的驱动下实现平动［1］

如前所述，液态金属球的两侧在高速旋转，就像液态金属球的两个轮子推动液态金属颗粒向前运动一样。这种运动形式可以理解为局部的液态金属高速运动导致整体的运动，这是一种全新的运动形式。在以往的研究中，这种液态金属颗粒高速运动的实现主要是通过在液态金属球表面涂覆大量纳米材料，再借助这种材料与溶液中液体的电化学反应驱动液态金属前行，其运动机制与运动形式与本节中所描述的形式完全不同。