Investigadores de la Universidad Estatal de Carolina del Norte han demostrado una técnica que les permite producir corrientes de metal líquido a temperatura ambiente. Al aplicar un voltaje bajo al metal líquido, los investigadores pudieron ajustar su tensión superficial en al menos tres órdenes demagnitud.
"Los líquidos quieren formar gotitas, porque eso reduce su energía superficial", dice Michael Dickey, profesor de ingeniería química y biomolecular en NC State y coautor correspondiente del estudio. "Y eso es especialmente cierto para los metales líquidos, porquetienen una tensión superficial mucho más alta que otros líquidos ".
La tensión superficial se mide en unidades de milinewtons por metro. La mayoría de los líquidos, como la gasolina o el agua, tienen valores de tensión superficial entre 20 y 72 milinewtons por metro. Las aleaciones de galio, que se utilizaron en el estudio de NC State, tienen una tensión superficialde al menos 500 milinewtons por metro.
"Podemos reducir la tensión superficial de 500 a 0,1 aplicando menos de un voltio", dice Minyung Song, quien recientemente defendió su doctorado en NC State y es la primera autora del artículo. "Y eso cambia completamente la forma en queel metal líquido se comporta ".
Si comenzó a exprimir una aleación de galio e indio con una boquilla, se formará una gota debido a su alta tensión superficial. Si desea crear una corriente de metal líquido, tendrá que aplicar un caudal lo suficientemente alto paraexpulsarlo rápidamente de la boquilla. Pero incluso entonces, la corriente resultante no sería muy estable.
Sin embargo, aplicar un voltaje bajo al metal líquido cuando el metal está bajo el agua crea una capa delgada de óxido en la superficie. Esto permite a los investigadores crear corrientes de metal líquido que tienen el diámetro de un cabello humano, yun caudal bajo.
"Este óxido actúa como las moléculas de jabón para el agua, bajando la tensión superficial y reduciendo la tendencia del fluido a formar gotas", dice Karen Daniels, profesora de física en NC State y coautora correspondiente del estudio, "pero aquí elEl efecto es completamente reversible al apagar el voltaje. No se puede sacar fácilmente el jabón del agua. "
Cuando se aplica el bajo voltaje al metal líquido en movimiento, se crea efectivamente una capa de óxido que fluye a lo largo de la superficie del metal líquido. En otras palabras, la capa de óxido no es estática, todo fluye de manera constantela boquilla, como un alambre.
La técnica les da a los investigadores un gran control sobre cómo se comporta el metal líquido porque, hasta cierto punto, cuanto mayor es el voltaje que aplican al metal líquido, menor es la tensión superficial del metal líquido. Sin embargo, en elvoltajes más altos, la capa de óxido forma una costra gruesa que interrumpe la forma en que fluye el metal. Esto da como resultado un flujo de fluido que se asemeja a la cera que gotea. El equipo de investigación había demostrado previamente que aplicar bajo voltaje a una gota de metal líquido en reposo reduce su tensión superficialy hace que forme patrones fractales. Ese estudio también se realizó en metal líquido bajo el agua. Este nuevo estudio es el primero en abordar lo que sucede cuando el metal líquido está en movimiento.
"Apenas estamos comenzando a explorar la gama completa de aplicaciones potenciales para esta técnica", dice Dickey. "Una idea sería crear de manera efectiva alambres de metal líquido a temperatura ambiente. Si los encierra en una funda elástica,Tendría alambres estirables. También podría usarse como una nueva herramienta para estudiar y controlar el comportamiento de los fluidos. Es emocionante porque más de 100 años de estudios científicos muestran que las corrientes de líquido se descomponen en gotitas. Hemos encontrado una forma sencilla de estabilizar estas corrientes."
El trabajo se realizó con el apoyo de la National Science Foundation, bajo las subvenciones CBET-1510772 y DMR-160897.
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Materiales proporcionado por Universidad Estatal de Carolina del Norte . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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