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來自北卡羅來納州立大學的研究人員展示了一種技術，他們能夠在室溫下產生液態金屬流。通過對液態金屬施加低電壓，研究人員能夠在至少三個數量級上調整其表面張力。
"液體想要形成液滴，因為這降低了它們的表面能，"北卡羅來納州立大學化學和生物分子工程教授、該研究的共同通訊作者Michael Dickey說。"而對於液態金屬來說尤其如此，因為它們的表面張力比其他液體高得多。"
表面張力以每米毫微噸為單位進行測量。大多數液體，如汽油或水，其表面張力值在每米20至72毫微噸之間。北卡羅來納州立大學研究中使用的鎵合金，其表面張力至少為每米500毫紐噸。
"我們可以通過施加不到一伏特的電壓將表面張力從500降低到0.1，"最近在北卡羅來納州立大學進行博士答辯的Minyung Song說，她是該論文的第一作者。"而這完全改變了液態金屬的行為方式。"
如果你開始從噴嘴中擠出鎵銦合金，由於它的高表面張力，它會形成液滴。如果你想創造一個液態金屬流，你就必須施加足夠高的流速，使其從噴嘴中迅速噴射出來。但即使這樣，產生的液流也不會很穩定。
然而，當金屬在水中時，對液態金屬施加低電壓，就會在表面形成一層薄薄的氧化層。這使得研究人員能夠創造出液態金屬流，這些液態金屬的直徑相當於人的頭髮，而且流速很低。
"這種氧化物的作用就像肥皂分子對水的作用一樣，降低了表面張力，減少了液體的串珠傾向，"北卡羅來納州立大學物理學教授、該研究的共同通訊作者Karen Daniels說，"你不能輕易地把肥皂從水裡拿回來，但在這裡，通過關閉電壓，這種效果是完全可逆的。"
當低電壓被施加到移動的液態金屬上時，它有效地創造了一個流動的氧化皮，沿著液態金屬的表面運行。換句話說，氧化層不是靜止的，整個東西從噴嘴中穩定地流出來，就像一根線。
這種技術讓研究人員可以很好地控制液態金屬的行為，因為在某種程度上，他們對液態金屬施加的電壓越高，液態金屬的表面張力就越低。然而，在最高電壓下，氧化層會形成一層厚厚的硬殼，破壞了金屬的流動方式。這就導致了類似滴蠟的液體流動。研究小組此前曾表明，對靜止狀態下的液態金屬液滴施加低電壓會降低其表面張力，並使其形成分形圖案。該研究也是在水下對液態金屬進行的。這項新的研究是第一個解決液態金屬在運動時發生的問題。
"我們只是開始探索這項技術的全部潛在應用，"Dickey說。"一個想法是在室溫下有效地創建液態金屬線。如果你把它們封裝在彈性護套中，你就會有可拉伸的電線。它還可以作為研究和控制流體行為的新工具。這很令人興奮，因為100多年的科學研究表明，液體流會分解成液滴。我們已經找到了一種簡單的方法來穩定這些液體流。"
這項研究《Overcoming Rayleigh–Plateau instabilities: Stabilizing and destabilizing liquid-metal streams via electrochemical oxidation》發表在《Proceedings of the National Academy of Sciences》上。