Жидкий металл заставили двигаться
Помните модель T-1000 из фильма «Терминатор-2»?
Капли жидкого металла, сплав галинстан. Фото: Мельбурнский королевский технологический университет
Благодаря изобретению учёных из Мельбурнского королевского технологического университета (Австралия) в будущем человечество сможет сконструировать нечто похожее на модель T-1000 из фильма «Терминатор-2»: 3D-модель гуманоида из металла, который принимает заданную форму. Нужно только сделать эту модель более программируемой и послушной, разумеется.
Жидкий движущийся металл способен совершить маленькую революцию в электронике — с его помощью электронные цепи меняют свою конфигурацию по команде и работают словно живые организмы, где клетки двигаются и обмениваются информацией друг с другом, мечтают учёные.
Самодвижущийся жидкий металл разработан группой учёных под руководством профессора Куроша Калантар-заде (Kourosh Kalantar-zadeh). Суть изобретения — в химическом составе раствора, в котором движутся капли. Меняя кислотность и ионный состав (электрический заряд) раствора, исследователи могут управлять движением металлических капель в трёх измерениях.
На иллюстрации схематично показана экспериментальная установка, которую использовали учёные (b): два канала в форме букв U из полиметилметакрилата, то есть органического стекла. Они проходят параллельно друг другу и соединяются на выходе (outlet на схеме). Два канала несут разные типы электролитов, которые представлены на схеме разными цветами: кислотная среда — жёлтым, а щелочная — синим. Два параллельных потока контактируют через каплю жидкого галинстана диаметром 3 мм. Реальные фотографии экспериментальной установки показаны внизу.
Галинстан — сплав, которые состоит на 68,5% из галлия, на 21,5% из индия и на 10% из олова. Заявленная температура плавления металла составляет 19°C, но может быть уменьшена ниже 0°C (правообладатель Geratherm Medical AG не раскрывает метод понижения температуры плавления, но такой метод точно существует). Основное применение галинстана — замена ртути в некоторых областях, в первую очередь, в бытовых термометрах.
Капли галинстана движутся в зависимости от концентрации HCl и NaOH в растворе. На следующей диаграмме показано влияние на металл эффекта Марангони — разновидности конвекции, переноса вещества вдоль границы раздела двух сред, возникающее вследствие наличия градиента поверхностного натяжения.
Диаграммы внизу показывают степень деформации капли, в зависимости от концентрации HCl и NaOH в растворах.
Простое изменение химического состава растворов заставляет капли металла двигаться и изменять свою форму, без какого-либо дополнительного внешнего воздействия, механического или электрического.
«Используя это открытие, мы смогли создать движущиеся объекты, переключатели и насосы, которые могут работать автономно — это самодвижущиеся жидкие металлы, которые движутся в зависимости от состава окружающей жидкости, — говорит профессор Калантар-заде. — В конце концов, используя фундаментальные основы этого открытия, может стать возможным построение 3D жидкого металлического гуманоида с программируемой формой».
Если говорить более реально, то учёные предполагают, что управляемый подвижный жидкий металл может найти применение в различных электронных устройствах, таких как гибкие электронные 3D-дисплеи и медицинские диагностические сенсоры, которые меняют свою конфигурацию по команде.
Научная работа «Ionic imbalance induced self-propulsion of liquid metals» опубликована 4 августа 2016 года в открытом доступе в журнале Nature Communications (2016; 7: 12402 doi: 10.1038/ncomms12402).
