Ingeniører udvikler kamæleonmetaller, der ændrer overflader som reaktion på varme

Ligesom en kamæleon ændrer sin hudfarve som reaktion på omgivelserne, ingeniører har fundet en måde, hvorpå flydende metal - og potentielt fast metal - kan ændre dets overfladestruktur som reaktion på varme.

Behandling af partikler af flydende metallegeringer med varme får dem til at gøre deres overflader ru med små kugler eller nanotråde, Ingeniører fra Iowa State University rapporterede i et papir på forsiden af ​​bladets nummer 2. januar Angewandte Chemie .

Styr varmen, og du kan kontrollere overflademønstrene, sagde Martin Thuo, en Iowa State assisterende professor i materialevidenskab og teknik, en medstifter af Ames startup SAFI-Tech Inc. og hovedforfatter af papiret.

Og hvad kunne det afstembare overflademønster føre til?

Teknologien kunne "inspirere design af 'smarte' legeringssystemer, der udvikler overflademønstrene og deres sammensætning med temperatur (eller analoge stimuli) til applikationer lige fra sansning til katalyse, " skrev Thuo og hans forskerhold i deres papir.

Avisens medforfattere er Andrew Martin og Winnie Kiarie, Iowa State ph.d.-studerende i materialevidenskab og teknik; og Boyce Chang, en postdoc ved University of California, Berkeley, som fik sin doktorgrad i Iowa State.

Forskerholdet startede med en flydende metallegering af gallium, indium og tin syntetiseret til partikler dækket med en glat oxidskal, der er blevet kemisk stabiliseret. Når partiklerne opvarmes, overfladen tykner og stivner og begynder at opføre sig mere som et fast stof.

Til sidst knækker overfladen, lader det flydende metal indeni komme til overfladen. Den mest reaktive, gallium, bryder først igennem. Mere varme bringer indium til overfladen. Og den højeste varme - omkring 1, 600 grader Fahrenheit - bringer buketter af blik frem.

Denne bevægelse fra underlaget til overfladen gør det muligt for en flydende metalpartikel at "kontinuerligt vende sin sammensætning under termiske stimuli, " skrev forskerne i avisen.

"Partiklerne reagerer på et vist niveau af varme og frigiver et bestemt element baseret på temperatur, ligesom en kamæleon reagerer på farven i sit miljø, " sagde Thuo. "Det er derfor, vi siger, at de er kamæleonmetaller - men reagerer på varme, ikke at farve, som krybdyret gør."

Kiarie sagde, at metalpartiklerne reagerer på et meget kontrolleret miljø - tid, temperatur og iltniveau er nøje kontrolleret af forskerne.

Det giver forskerne mulighed for at forudsige og programmere den nøjagtige overfladetekstur af partiklerne.

Martin sagde, at teknologien kunne bruges til at finjustere et metals ydeevne som katalysator eller dets evne til at absorbere forbindelser.

Forskerne siger også, at teknologien vil fungere med andre metallegeringer.

"Dette er ikke unikt for disse materialer, " sagde Thuo. "Dette er en opførsel af metaller generelt. Andre metaller, der er genstand for samme behandling, bør gøre dette. Dette er en universel egenskab ved metaller."

Det kunne gøre kamæleonmetaller til en meget interessant og nyttig teknologi:"Når du taler om smarte materialer, polymerer kommer til at tænke på, " sagde Thuo. "Men metaller kan gøre dette, også. Men det er et stort udyr - du skal bare vide, hvordan du tæmmer det."