Forskere skaber omskiftelige spejle af flydende metal

Forskere har udviklet en måde at dynamisk skifte overfladen af ​​flydende metal mellem reflekterende og spredende tilstande. Denne teknologi kunne en dag bruges til at skabe elektrisk styrbare spejle eller belysningsanordninger.

Flydende metaller kombinerer det elektriske, termiske og optiske egenskaber af metaller med væskens fluiditet. Den nye tilgang anvender en elektrisk drevet kemisk reaktion til at skabe omskiftelige reflekterende overflader på et flydende metal. Ingen optiske belægninger eller poleringstrin, som typisk kræves for at lave reflekterende optiske komponenter, er nødvendige for at gøre det flydende metal stærkt reflekterende.

I Optical Society (OSA) tidsskrift Express optiske materialer , forskere ledet af Yuji Oki fra Kyushu University i Japan viser, at skifte mellem reflekterende og spredende tilstande kan opnås med kun 1,4 V, omtrent den samme spænding, der bruges til at tænde en typisk LED. Forskerne samarbejdede med Michael D. Dickeys forskerteam ved North Carolina State University for at udvikle den nye metode, som kan implementeres ved omgivelsestemperatur og tryk.

"I den nærmeste fremtid kunne denne teknologi bruges til at skabe værktøjer til underholdning og kunstnerisk udtryk, som aldrig har været tilgængelige før, "sagde Oki." Med mere udvikling, det kan være muligt at udvide denne teknologi til noget, der ligner 3D-print til fremstilling af elektronisk styret optik fremstillet af flydende metaller. Dette kunne gøre det muligt let og billigt at fremstille optikken, der bruges i lysbaserede sundhedstestudstyr, i områder af verden, der mangler medicinske laboratoriefaciliteter. "

Oprettelse af en optisk overflade

I det nye værk, forskerne oprettede et reservoir ved hjælp af en indlejret strømningskanal. De brugte derefter en "push-pull-metode" til at danne optiske overflader ved enten at pumpe galliumbaseret flydende metal ind i eller suge det ud af reservoiret. Denne proces dannede konveks, flad, eller konkave overflader; hver med forskellige optiske egenskaber.

Derefter, ved at anvende elektricitet, forskerne indledte en kemisk reaktion, der reversibelt oxiderer det flydende metal. Oxidationen ændrer væskens volumen på en måde, der skaber mange små ridser på overfladen, der får lys til at sprede sig. Når der tilføres elektricitet i den modsatte retning, flydende metal vender tilbage til sin oprindelige tilstand. Det flydende metal overfladespænding får ridserne til at forsvinde, genoprette overfladen til en ren reflekterende spejlstilstand.

Forskerne opdagede den nye teknik serendipitøst, mens de eksperimenterede med et flydende metal for at se, om det kunne bruges til at lave forme til brug med en silikoneelastomer. "Vores hensigt var at bruge oxidation til at ændre overfladespændingen og forstærke overfladen af ​​det flydende metal, "sagde Oki." Dog, vi fandt ud af, under visse betingelser, overfladen ville spontant ændre sig til en spredningsoverflade. I stedet for at betragte dette som en fiasko, vi optimerede forholdene og verificerede fænomenet. "

Karakteriserer fænomenet

Forskerne elektrokemisk og optisk karakteriserede de forskellige overflader, der blev skabt ved at anvende elektricitet. De fandt ud af, at ændring af spændingen på overfladen fra -800 mV til +800 mV ville reducere lysintensiteten, da overfladen ændrede sig fra reflekterende til spredning. De elektrokemiske målinger afslørede, at en spændingsændring på 1,4 V var tilstrækkelig til at skabe redoxreaktioner med god reproducerbarhed.

"Vi fandt også ud af, at overfladen under visse forhold kan oxideres let og stadig bevare en glat reflekterende overflade, "sagde Oki." Ved at kontrollere dette, det kan være muligt at oprette endnu flere forskellige optiske overflader ved hjælp af denne fremgangsmåde, der kan føre til applikationer i avancerede enheder som f.eks. biokemiske chips eller bruges til at lave 3D-printede optiske elementer. "