环状体液态金属的运动特性分析

图4.29显示了环状体液态金属、同心圆环电极和NaOH溶液的结构图和实物图，液态金属的质量为18.20 g，NaOH溶液覆盖在液态金属上面，电极尺寸为D=30 mm，d=4 mm。NaOH溶液的主要作用是去除液态金属氧化物和减少运动阻力，测量的功率电压和转速电压关系曲线显示在图4.30中。当电压小于0.81 V时，液态金属将围绕中心电极做匀速圆周运动，转速和功率随着电压的增大而增大，NaOH溶液中电解作用十分微弱，图4.31是电压为0.45V，液态金属分别在0s、3s和5s时的运动状况；当电压大于0.81V时，功率增速加快而平均转速变慢，液态金属或者会快速旋转（图4.32a），或者会呈现表面褶皱变形（图4.32b和4.32c）并伴随着溶液变浑，所以控制液态金属转速理想的电压范围是0～0.81 V。尽管在可控电压范围内，环状体液态金属的转速（0.353 rps）远低于肾状体液态金属（2.3 rps），但它可以在非常低的电压下运动。例如当电压为0.03V，功率为0.25 mW时，液态金属的转速为1.9rpm。

图4.29　环状体液态金属、电解液和电极的结构示意和实物（电极尺寸为D=30 mm，d=4 mm）［45］

图4.30　液态金属处于匀速圆周运动时的功率时间和转速时间关系曲线［45］(www.xing528.com)

图4.31　电压为0.45 V，环状体液态金属在0s，3s和5s时的情形（绿色小圈代表金属表面的同一个位置）［45］

图4.32　电压大于0.81 V时环状体液态金属的3种状态［29］

a.快速旋转；b.表面向心褶皱；c.表面扇叶状褶皱。