酸性溶液中铜离子激发的自发生长液态金属蛇形运动

Chen等［14］首次发现，在酸性铜盐溶液中，一团液态金属可以自发长出大量细条状的伪足并像蛇一样运动（图14.34）。这种新奇的现象不同于以往发现的系列液态金属效应，丰富了液态金属世界的物理图景。一团液态金属自发的以蛇形运动方式分散成大量的细条，这不同于整体型的液态金属运动（比如液态金属对流和滚动等），更新了液态金属的运动和变形的方式。铜离子激发的液态金属运动可以简便的实现仿生型的蛇形运动，这将为未来多功能性的复杂柔性机器人的发展提供了新的策略。

图14.33　典型的液态金属阿米巴变形虫效应［12］

图14.34　酸性溶液中铜离子激发的可自发生长的液态金属蛇形运动情形［14］

a.实验示意图；b.蛇状突出伪足；c.蛇形运动图像。(www.xing528.com)

研究发现，铜离子激发的液态金属蛇形运动背后的机理，主要在于液态金属和溶液界面形成的无数个微小的Cu-Ga原电池［14］。因为标准电极电势的不同，铜离子和镓会发生置换反应，析出的铜颗粒覆盖在液态金属表面，从而形成无数的Cu-Ga原电池。原电池的形成改变了液态金属的表面张力，不平衡的表面张力导致了蛇形运动的发生。同时，溶液的酸性会对这个实验产生巨大的影响，过强或者过弱的酸性都会使得现象无法产生。同样重要的是，在合适的酸性条件下，可以通过调节酸性的强弱去调节液态金属蛇形运动的速度。并且，这种蛇形运动可以被多次激发，大大增加了运动的持久性。

研究进一步揭示，酸性铜盐溶液和液态金属所形成的独一无二的体系是蛇形运动现象得以产生的深层次原因［14］。酸性铜盐溶液这一独特的环境保证了无数的铜颗粒可以被稳定的析出和吞噬，这一动态平衡是液态金属蛇形运动的重要原因。铜颗粒的稳定析出所构成的无数个微小的原电池改变了表面张力，同时酸性条件下液态金属对铜颗粒的吞噬则保证了析出的铜颗粒不会在表面富集，使得蛇形运动得以持续进行（图14.35）。这背后独特的机理在以往的体系中没有被发现，就目前的情况而言，在其他体系中也很难被实现。

图14.35　不断生成的液态金属离散性蛇形体［14］

新发现扩展了近年来兴起的液态金属柔性机器的理论与技术内涵，在不定形柔性电子器件、可变形智能机器的设计乃至先进制造方面都有重要价值。