科学家利用温度、电压与碱性溶液来改变液态金属的特性。
常温常压下铟的熔点为156.61摄氏度,非常软,比铅的硬度低得多,用指甲就能刻痕。而镓的熔点仅为29.78摄氏度,常温常压下就是液态,同时还具有稳定固体的复杂结构。研究者们在与北卡罗来纳州立大学的科学家迈克尔·迪基的合作中,发现液态金属不仅可以用来制作柔性电路,还具备做电气开关的功能。
在新型的“流体晶体管”中,打开或关闭两个液态金属液滴之间的连接就能实现开关功能。在电路两端,若有一端电压降低,金属液滴就会相互运动并融合成一体,形成导电的“金属桥”,若两端电压相等,金属液滴就会自动断开,电路就不再通电。
这种对“黏糊糊”金属的利用方式潜力无限,从本质上讲,“流体晶体管”是一种更加复杂的开关,而液态合金金属能在无毒的前提下实现柔性控制电路,且只用少量电压就成功模仿了传统晶体管的特性。
本项目的研究论文已发表于杂志《高级科学》中,工程师卡梅尔·马杰迪在论文中表示,研究小组从对毛细管的不稳定性研究中得到了启发。在生活中,人们常常会看到,打开水龙头,在流量变为极低的过程中,水会发生从稳定流到单液滴的转变。这种性质有个学名,被称为瑞利泰勒不稳定性。
研究者接下来还需找到诱导液态合金金属液滴产生这种不稳定性的方法,就能解决“流体晶体管”内液滴在一滴状态与两滴状态间的转换问题。
马杰迪和同事在对氢氧化钠溶液的液滴进行一系列测试后,发现液滴的不稳定性可以被外部电压和电化学反应之间的耦合反应所驱动。原理是,耦合反应会引发液滴表面产生氧化梯度,从而引发液滴的表面张力产生梯度,最终使一个液滴转化为两个液滴。
试验中,两个液滴就类似于“流体晶体管”中的源极和漏极,借助场效应原理,就能通过编程来连接和断开电路,甚至还能用来创建和重构物理电路!