电场控制液态金属马达的定向加速运动

液态金属（镓铟合金）在加载微量的铝之后，将其打散成小液滴后，在碱性溶液中会呈现自主运动的奇妙现象［7］。这种马达表面实际上带有电荷。这就引申出一个基础问题，将这种马达置于电场中，会出现什么现象呢？实验工作表明，电场作用下的液态金属马达会出现显著的加速行为［9］，如同微观电子在电场中的运动行为。不同的是，电子运动无法在肉眼下观察，而液态金属马达的电场加速运动清晰可见，这在很大程度上也提供了研究电子行为的一种重要渠道。

以下描述的是这种自驱动的液态金属液滴在电场下发生的运动变化行为［9］。如图14.28所示，当这些含铝金属液滴处于碱性、酸性或中性溶液中的时候，会发生自主的无规则运动，留下的气泡形成运动轨迹在灯光照耀下显出白色。当电场加上去的时候，这些液滴会以很快的速度飞向正极。在20 V电压下，其速度会达到15 cm/s左右。

图14.28　液态金属马达在电场控制下的飞速运动行为［9］(www.xing528.com)

若将这些液滴马达的运动轨迹予以量化，会发现呈弧形［9］，如图14.28所示。这是因为在每一点，液滴受力是指向电场方向的，在每一点，溶液中电场方向并不是直接指向正极的。所以这些液态金属马达在电场下的运动间接地反映了溶液中电场的分布规律。

我们来分析这些液滴的运动机理。首先，根据Yuan等［7］的研究发现，这些液态金属液滴的自驱动是由于添入其中微量的铝与溶液反应产生的气泡所推动的。而电场对其作用是通过改变了液态金属的表面张力，造成表面张力的不平衡从而产生的驱动力。

这里可详细解释该过程：液态金属的表面由于化学反应会带上电荷，这些电荷与其表面张力是密切相关的，其关系可以由Lippman方程描述。当外加电场改变了液态金属的表面电荷分布之后，两侧的表面张力出现不平衡，于是就产生了朝向正极的驱动力。