近日,中国科学院理化技术研究所与中国农业大学联合团队报道了双流体系统中液态金属微液滴的低温超快速(毫秒级别)、大尺度(13.8%)、剧烈的(形成裂纹)形变现象,研究人员系统分析了材料形变的机制及影响因素,最后将其应用在柔性液体电路中。在低温刺激下,双流体系统中水溶液率先结成固态冰晶,同时液态金属微液滴受困于坚硬冰晶之中,随着体系温度进一步降低,液态金属微液滴发生固液相转变协同体积膨胀,迅速的应力释放随即促成液态金属微液滴的剧烈形变现象。其中,实验理论估算微液滴的低温应力释放可达6.3MPa。研究人员在实验中建立了液态金属双流体系统的分析平台,分析了液态金属微液滴形变的影响因素,包括体系的降温速率、微液滴的尺寸以及周围溶液的组成成分等。另外,研究人员发现液态金属微液滴在低温下能够由于形状结构的改变,互相导通连接,可以应用在低温相应的柔性液体电路中。
研究成果以题为Low-temperature triggered shape transformation of liquid metal microdroplets发表于ACS Appl. Mater. Interfaces上,理化所博士后孙旭阳为论文第一作者,理化所研究员刘静与中国农业大学教授何志祝为共同通讯作者。
相关实验表明了体系的降温速率、溶液的组成成分可以通过改变周围的固态冰晶的形成而影响微液滴的形变,随着体系的降温速率减慢,冰晶更加坚硬,材料的形变被明显抑制。另外,DMSO混合液可以通过影响冰晶的硬度与调控溶液的相变温度两方面影响液态金属微液滴的相变。该双流体系统可作为温控传感应用在柔性液态电路中。该研究工作建立了液态金属双流体体系的分析平台,为后续材料的低温相变、热管理、应力释放等研究建立了基础。
低温下液态金属微液滴的形变
液态金属微液滴的形变类型
周围溶液中DMSO的含量对液态金属微液滴形变的影响
基于双流体系统的温控开关