|
看过电影《终结者》的人，一定会记得影片中无所不能的液态金属机器人。这是液态金属的应用前景之一，也是国际最前沿的研究课题。 经过十多年研究，我国科学家日前研发出世界首台可以自驱动的液态金属机器，不仅为液态可变形机器人的设计提供了全新的思路，同时也有望为生物医疗、机械工程等领域带来重大变革。 液态金属“吃”铝片后变身强劲马达 科幻电影《终结者》中的液态金属机器人可以根据环境需要随意变形，被子弹打穿之后还能迅速自我修复。虽然现实研究还有一定距离，但是我国科学家日前利用液态金属镓的合金，在世界上首次发现了一种非常独特的现象：把铝片放到液态金属当中，可以看到铝片会一点一点被液态金属吃掉，与此同时，液态金属也就拥有了一项独特的本领，当把它注射到器皿当中的时候，这个液态金属就好像拥有了自身的强劲的马达，可以不停地旋转和运动。 自主变形 “终结者”或成可能 在电解液中，直径约5毫米的液态镓金属球，吞食了0.012克铝之后，能以每秒5厘米的速度前进。而在各种槽道中前行时，可以随槽道的宽窄自动变形调整，遇到拐弯时停顿下来，略作“思考”后会继续蜿蜒前行，整个过程像极了科幻影片中的机器人“终结者”。这种自驱动液态金属机器所表现出的变形能力、运转速度和寿命水平均属世界罕见，具有重大的科研意义和实用价值。 清华大学教授、中科院理化所研究员刘静说，它可以做成一些几十微米的微型泵，做药物的递送，例如血管里边或者腔道里边的机器人；从长远来讲，它的可变形、柔性和自驱动，可以做智能可重构的机器，类似于科幻电影里边的仿人机器。 液态金属“吞食”铝片后到底发生了什么？ 能“吃食物”，能自主运动，能变形，这些接近自然界软体动物的习性，让科研人员把这一成果称之为“液态金属软体动物”。在此前的液态金属电控可变形研究中，刘静所带领的研究小组已经发现，外部电场的调控会改变液态金属表面的张力，使其产生分裂或聚合的神奇现象。 而最新研发的这种“吞食”掉铝片的液态金属机器，则是摆脱了外部复杂的电场控制，拥有了内生电场，从而诱发液态金属表面张力发生不对称响应，继而对易于变形的液态金属机器造成强大推力。 刘静表示，人的肉眼可能看不到，但是其实里面是发生类似像轮子一样的循环运动，所以，如果在一个自由空间，它就往前走；如果把它限定住了，它还是在那儿旋转。另外，在液体金属吞食铝片的电化学反应过程中，还会产生一定的氢气，进一步提升了推力。正是这种双重作用产生了超常的液态金属马达行为，这种能量转换机制对于发展特殊形态的能源动力系统也具重要启示意义。 液态金属：让金属像水一样流动 液态金属是指常温下呈液体状态且可流动的金属，主要有汞、铯、镓三类。汞是最常见的一种，熔点在零下38度左右，广泛应用在温度计和血压计里的“水银”，就是汞。但是由于汞具有一定的毒性，而且易挥发，所以在其它领域较少使用。另外两种有色金属是铯和镓的熔点都在30度左右，应用相对较少。 铯是一种非常活泼的液态金属，容易和空气中的水反应，产生易爆炸的氢气，所以用起来很危险。当下国际研究最多的液态金属就是镓，它在常温下也是液态，但是非常安全，对人没有毒性。 由于合金的熔点要低于其中任何一种金属的熔点，所以科学家们研究更多的其实是镓合金。合金的成分不同、比例不同，其流动性、导电性和熔点也都会发生很多改变。 刘静表示，液态金属印刷电子可以在皮肤上印刷微小传感器，用于医疗和日常监护。液态金属3D打印则区别于常见的高温金属打印，可以打印具有实际功能而且能够传输信号的物体。随着科研人员对这一特殊材料的深入研究，液态金属还有可能给生物医疗、机械工程等领域带来重大变革。 来源/央视新闻 本期监制/余伟利 主编/江平 编辑/王薇、黄元 科技，无止境。为不可思议的发明创新点赞！↓↓↓ |
|
|
