I ricercatori della North Carolina State University hanno dimostrato una tecnica che consente loro di produrre flussi di metallo liquido a temperatura ambiente. Applicando una bassa tensione al metallo liquido, i ricercatori sono stati in grado di sintonizzare la sua tensione superficiale su almeno tre ordini di grandezza.

"I liquidi vogliono formare goccioline, perché questo riduce la loro energia superficiale, "dice Michael Dickey, un professore di ingegneria chimica e biomolecolare presso la NC State e co-autore corrispondente dello studio. "E questo è particolarmente vero per i metalli liquidi, perché hanno una tensione superficiale molto più alta rispetto ad altri liquidi."

La tensione superficiale viene misurata in unità di millinewton per metro. La maggior parte dei liquidi, come benzina o acqua, hanno valori di tensione superficiale compresi tra 20 e 72 millinewton per metro. leghe di gallio, che sono stati utilizzati nello studio NC State, avere una tensione superficiale di almeno 500 millinewton per metro.

"Possiamo abbassare la tensione superficiale da 500 a 0,1 applicando meno di un volt, "dice Minyung Song, che ha recentemente difeso il suo dottorato di ricerca. a NC State ed è il primo autore del documento. "E questo cambia completamente il comportamento del metallo liquido".

Se hai iniziato a spremere la lega di gallio indio da un ugello, si forma in una gocciolina a causa della sua elevata tensione superficiale. Se volessi creare un flusso di metallo liquido, dovresti applicare una portata sufficientemente alta per espellerlo rapidamente dall'ugello. Ma anche allora, il flusso risultante non sarebbe molto stabile.

Però, l'applicazione di una bassa tensione al metallo liquido quando il metallo è sott'acqua crea un sottile strato di ossido in superficie. Ciò consente ai ricercatori di creare flussi correnti di metallo liquido che hanno il diametro di un capello umano e una bassa portata.

"Questo ossido agisce come le molecole di sapone fanno per l'acqua, abbassando la tensione superficiale e riducendo la tendenza del fluido a rigonfiarsi, "dice Karen Daniels, professore di fisica presso la NC State e co-autore corrispondente dello studio, "ma qui l'effetto è completamente reversibile togliendo la tensione. Non puoi togliere facilmente il sapone dall'acqua."

Quando la bassa tensione viene applicata al metallo liquido in movimento, crea efficacemente una pelle di ossido che scorre lungo la superficie del metallo liquido. In altre parole, lo strato di ossido non è statico:l'intera cosa scorre costantemente fuori dall'ugello, come un filo.

La tecnica offre ai ricercatori un grande controllo su come si comporta il metallo liquido, perché, fino a un certo punto, maggiore è la tensione che applicano al metallo liquido, minore è la tensione superficiale del metallo liquido. Però, alle più alte tensioni, lo strato di ossido forma una spessa crosta che interrompe il modo in cui scorre il metallo. Ciò si traduce in un flusso di fluido che assomiglia alla cera gocciolante. Il team di ricerca aveva precedentemente dimostrato che l'applicazione di una bassa tensione a una gocciolina di metallo liquido a riposo ne riduce la tensione superficiale e le fa formare modelli frattali. Questo studio è stato eseguito anche sul metallo liquido sott'acqua. Questo nuovo studio è il primo ad affrontare cosa succede quando il metallo liquido è in movimento.

"Stiamo solo iniziando a esplorare l'intera gamma di potenziali applicazioni per questa tecnica, " Dickey dice. "Un'idea sarebbe quella di creare in modo efficace fili metallici liquidi a temperatura ambiente. Se li incarni in una guaina elastica, avresti fili estensibili. Potrebbe anche essere usato come un nuovo strumento per studiare e controllare il comportamento dei fluidi. È eccitante perché più di 100 anni di studi scientifici mostrano che i flussi di liquidi si rompono in goccioline. Abbiamo trovato un modo semplice per stabilizzare questi flussi".

Lo studio, "Superare le instabilità di Rayleigh-Plateau:stabilizzare e destabilizzare i flussi di metallo liquido tramite ossidazione elettrochimica, " è pubblicato in Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze .