I ricercatori hanno sviluppato un modo per commutare dinamicamente la superficie del metallo liquido tra stati riflettenti e di dispersione. Questa tecnologia potrebbe un giorno essere utilizzata per creare specchi o dispositivi di illuminazione controllabili elettricamente.

I metalli liquidi combinano l'elettricità, proprietà termiche e ottiche dei metalli con la fluidità di un liquido. Il nuovo approccio utilizza una reazione chimica azionata elettricamente per creare superfici riflettenti commutabili su un metallo liquido. Nessun rivestimento ottico né passaggi di lucidatura, che sono tipicamente richiesti per realizzare componenti ottici riflettenti, sono necessari per rendere il metallo liquido altamente riflettente.

Nella rivista della Optical Society (OSA) Materiali ottici Express , i ricercatori guidati da Yuji Oki dell'Università di Kyushu in Giappone mostrano che il passaggio dallo stato di riflessione a quello di dispersione può essere ottenuto con solo 1,4 V, circa la stessa tensione utilizzata per accendere un tipico LED. I ricercatori hanno collaborato con il team di ricerca di Michael D. Dickey presso la North Carolina State University per sviluppare il nuovo metodo, che può essere implementato a temperatura e pressioni ambiente.

"Nell'immediato futuro questa tecnologia potrebbe essere utilizzata per creare strumenti per l'intrattenimento e l'espressione artistica che non sono mai stati disponibili prima, " disse Oki. "Con più sviluppo, potrebbe essere possibile espandere questa tecnologia in qualcosa che funzioni in modo molto simile alla stampa 3D per la produzione di ottiche controllate elettronicamente fatte di metalli liquidi. Ciò potrebbe consentire di fabbricare facilmente ed economicamente l'ottica utilizzata nei dispositivi per i test sanitari basati sulla luce in aree del mondo prive di strutture di laboratorio medico".

Creazione di una superficie ottica

Nel nuovo lavoro, i ricercatori hanno creato un serbatoio utilizzando un canale di flusso incorporato. Hanno quindi utilizzato un "metodo push-pull" per formare superfici ottiche pompando metallo liquido a base di gallio all'interno o aspirandolo dal serbatoio. Questo processo ha formato convesso, piatto, o superfici concave; ciascuno con proprietà ottiche diverse.

Quindi, applicando l'elettricità, i ricercatori hanno avviato una reazione chimica che ossida in modo reversibile il metallo liquido. L'ossidazione modifica il volume del liquido in modo tale da creare molti piccoli graffi sulla superficie che causano la dispersione della luce. Quando l'elettricità viene applicata nella direzione opposta, il metallo liquido ritorna al suo stato originale. La tensione superficiale del metallo liquido fa scomparire i graffi, ripristinando la superficie ad uno stato di specchio riflettente pulito.

I ricercatori hanno scoperto la nuova tecnica per caso mentre sperimentavano un metallo liquido per vedere se poteva essere utilizzato per realizzare stampi da utilizzare con un elastomero di silicone. "La nostra intenzione era quella di utilizzare l'ossidazione per modificare la tensione superficiale e rinforzare la superficie del metallo liquido, " disse Oki. "Tuttavia, l'abbiamo trovato, a determinate condizioni, la superficie si trasformerebbe spontaneamente in una superficie di dispersione. Invece di considerarlo un fallimento, abbiamo ottimizzato le condizioni e verificato il fenomeno".

Caratterizzando il fenomeno

I ricercatori hanno caratterizzato elettrochimicamente e otticamente le diverse superfici create applicando l'elettricità. Hanno scoperto che cambiare la tensione sulla superficie da -800 mV a +800 mV diminuirebbe l'intensità della luce quando la superficie cambia da riflettente a scattering. Le misurazioni elettrochimiche hanno rivelato che una variazione di tensione di 1,4 V era sufficiente per creare reazioni redox con una buona riproducibilità.

"Abbiamo anche scoperto che in determinate condizioni la superficie può essere leggermente ossidata e mantenere comunque una superficie riflettente liscia, " disse Oki. "Controllando questo, potrebbe essere possibile creare superfici ottiche ancora più diversificate utilizzando questo approccio che potrebbe portare ad applicazioni in dispositivi avanzati come chip biochimici o essere utilizzato per realizzare elementi ottici stampati in 3D".