【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】室溫液態(tài)金屬具低熔點、高導電性和高導熱性等獨特物理屬性，在軟體機器人、3D打印、微閥微泵、生醫(yī)設備等方面展現(xiàn)了廣泛的應用前景。由于液態(tài)金屬表面張力比水高近一個量級，采用傳統(tǒng)方法制備微尺度金屬液滴面臨較大挑戰(zhàn)。力學所非線性力學國家重點實驗室微納米流體力學課題組提出基于液態(tài)金屬界面電毛細流動引起的強烈漩渦流動，實現(xiàn)液態(tài)金屬微液滴的可控高通量制備，并給出了基于Ohnesorge數(shù)和Reynolds數(shù)Re的無量綱標度率。該成果最近以“Electrocapillarity‐Induced Hurricane‐in‐a‐Tube Enables the Generation and Patterning of Liquid Metal Droplets”為題發(fā)表于Advanced Functional Materials (2024, 2409341)。
 

　　通過電場誘導出高表面張力梯度進而產(chǎn)生強烈的電毛細流動，液態(tài)金屬微液滴制備中高表面張力的挑戰(zhàn)轉變成了優(yōu)勢。該研究通過實驗和數(shù)值模擬，揭示了外加電場誘導液態(tài)金屬界面電毛細流動產(chǎn)生的強烈漩渦流動的機理(圖1)。在制備微管中，該漩渦形成的“管中颶風”(Hurricane‐in‐a‐Tube)提供了促進液滴生成的強剪切作用，實現(xiàn)了液態(tài)金屬液滴的可控、高通量制備。通過力學建模分析，基于Ohnesorge數(shù)Oh和Reynolds數(shù)Re給出了預測生成液滴粒徑的無量綱標度率(圖2)，即Oh−2 = kRe+b，其中k、b為擬合系數(shù)。該技術及制備的液態(tài)金屬微液滴還被應用于微液滴打印及小型化柔性傳感設備。
 

　　哈爾濱工業(yè)大學任玉坤教授，力學所鄭旭、蔣璽愷副研究員為論文共同通訊作者；力學所碩士研究生陶賢贊、陳高峰提供數(shù)值模擬結果。本研究得到了國家重點研發(fā)項目(2022YFF0503504)、國家自然科學基金面上項目(12072350)、以及中國科學院項目(025GJHZ2022023MI)的支持。
 

圖1.基于電毛細流動制備液態(tài)金屬液滴原理 (左圖)及數(shù)值模擬結果(右圖)
 

圖2.電毛細流動制備液態(tài)金屬液滴的無量綱標度率
 

圖3. 本技術應用于微液滴打印(左)及小型化柔性傳感設備(右)