Spændingsdrevne flydende metalfraktaler

Forskere fra North Carolina State University har fundet ud af, at gallium indium (EGaIn), et flydende metal med en af ​​de højeste overfladespændinger, kan induceres til at sprede sig og danne mønstre kaldet fraktaler med anvendelse af lavspænding. Værket har konsekvenser for at kontrollere formen af ​​flydende metaller.

Overfladespænding er den kraft, der udøves af overfladen af ​​en væske, der får den til at "perle op" eller danne dråber. Vand, for eksempel, har en høj overfladespænding, så det perler, der henviser til, at alkohol, med en lavere overfladespænding, har en tendens til at sprede sig. Flydende metaller, såsom kviksølv, har enorm overfladespænding og er derfor næsten altid sfæriske. Faktisk, EGaIn har den højeste overfladespænding af enhver kendt væske ved stuetemperatur.

I et overraskende fund, NC-statsprofessor i fysik Karen Daniels og professor i kemisk og biomolekylær teknik Michael Dickey opdagede, at påføring af lav spænding på overfladen af ​​EGaIn får det flydende metal til at sprede sig og danne snefnuglignende fraktalmønstre.

"Påføring af spænding til EGaIn danner et tyndt lag oxid på metalets overflade, som effektivt sænker overfladespændingen, "Siger Dickey." Normalt, væskespændingen kan sænkes ved at tilsætte overfladeaktive midler - som at lægge sæbe eller vaskemiddel i vand - til væsken. Det er let at putte sæbe i vand, men svært at få sæben ud. I modsætning, brugen af ​​spænding til at kontrollere spændingen er interessant, fordi den er reversibel, og utrolig effektiv. "

"Vi fandt også ud af, at hvis du anvender større spændinger på metallet, stopper det med at sprede sig og perler op igen, "Daniels siger." Det skyldes mængden af ​​produceret oxid - en lille mængde sænker overfladespændingen, men for meget danner en skorpe over metallet og stopper det med at sprede sig. Så styring af spændingen er en god måde at kontrollere spredningen af ​​metallet på. "

Forskerne registrerede metalets adfærd, da overfladespændingen blev sænket. Mindre end en volt elektricitet fik metallet til at sprede sig og danne forskellige fraktaler, eller mønstre. Interessant nok, fraktalerne dannet af EGaIn ser ud til at være unikke; det er, de matcher ikke nogen aktuelt beskrevne fraktaler. "Bortset fra at være usædvanlig, den anden betydning af disse fraktaler er, at for at de kan danne, skal overfladespændingen af ​​det flydende metal være tæt på nul, "Siger Daniels.

"Dette arbejde antyder, at dannelsen af ​​oxid ikke kun sænker overfladespændingen af ​​det flydende metal, men at det også skaber trykbelastninger - det modsatte af spændinger - der hjælper metallet med at sprede sig og danne fraktaler, "Dickey siger." Dette er interessant, fordi væsker altid er under spænding, og vi har nu et værktøj til at påføre trykstyrker direkte på overfladen af ​​en væske. Disse egenskaber giver os større kontrol over metalets adfærd. "

Værket vises i Fysisk gennemgangsbreve .