Các nhà khoa học phát triển thành công kim loại lỏng biến hình

Các nhà nghiên cứu tại đại học Bắc Carolina (NCSU) đã vừa đạt được những bước tiến đầu tiên trong việc phát triển một phương pháp điều khiển sức căng bề mặt của kim loại lỏng bằng điện áp thấp. Điều này có thể mở ra những cơ hội mới trong lĩnh vực mạch điện tử biến dạng, thiết bị điện tử tự sửa chữa hay thậm chí… là một loại robot có thể tự hình thành từ kim loại như T-1000 trong bộ phim Kẻ hủy diệt phần 2.

Kim loại lỏng được nhóm nghiên cứu sử dụng là một hợp kim của Gallium (Ga) và Indium (In). Gallium nóng chảy ở nhiệt độ khoảng 29 độ C trong khi Indium có điểm nóng chảy cao hơn, khoảng 156 độ C. Khi trộn 2 chất này với nhau, chúng hình thành một hợp kim hóa lỏng ở nhiệt độ phòng hay còn gọi là hợp kim dễ nóng chảy (eutectic).

Một khía cạnh quan trọng khác của hợp kim eutectic được các nhà nghiên cứu khai thác trong thí nghiệm là sức căng bề mặt của nó rất lớn, xấp xỉ 500mN/m. Nếu nhỏ một giọt hợp kim này lên một bề mặt, nó sẽ có xu hướng hình thành một quả cầu gần như hoàn hảo và giữ nguyên hình dạng.

Ảnh chụp từ video

Các nhà nghiên cứu cũng phát hiện ra rằng nếu đặt một điện áp nhỏ (dưới 1 volt) thông qua nước lên giọt hợp kim, họ có thể giảm đáng kể sức căng bề mặt khiến kim loại lỏng dãn ra. Ngược lại khi bỏ điện áp, sức căng bề mặt trở lại và giọt hợp kim một lần nữa trở về hình dạng quả cầu ban đầu.

Độ lớn của sức căng bề mặt có thể được thay đổi bằng độ lớn của điện áp đặt vào. Bằng cách này, nhóm nghiên cứu có thể điều khiển độ dẻo của hợp kim và giữ nó ở nhiều trạng thái lỏng khác nhau từ sức căng ban đầu là 500mN/m xuống đến 2mN/m.

Trong video trình diễn, các nhà nghiên cứu đã điều khiển hợp kim chảy vào/ra giữa các ống mao dẫn hay các khuôn với nhiều hình dạng khác nhau. Hãy thử tưởng tượng nếu như hợp kim nói trên được dùng làm ăng-ten, nó có thể hoạt động như một loại ăng-ten tùy biến cao với khả năng thay đổi hình dạng để gởi hoặc nhận một dải rộng nhiều bước sóng khác nhau. Trước đây các nhà nghiên cứu tại NCSU đã từng thử nghiệm một số phiên bản ăng-ten biến hình nhưng đây là lần đầu tiên họ dùng điện áp thay vì phương pháp biện dạng cơ học để thay đổi hình dạng của ăng-ten.

Michael Dickey - phó giáo sư kỹ thuật sinh học phân tử và hóa học tại NCSU cho biết: "Chúng tôi có thể sử dụng kỹ thuật này để điều khiển chuyển động của kim loại lỏng, nó cho phép chúng tôi thay đổi hình dạng của các ăng-ten và nối/ngắt các mạch điện. Kỹ thuật này cũng có thể được dùng trong các kênh vi lỏng, các hệ thống vi cơ điện tử (MEMS) hay các thiết bị quang học. Rất nhiều vật liệu có thể hình thành oxit bề mặt, do đó nghiên cứu của chúng tôi sẽ mở rộng ra ngoài các kim loại lỏng hiện tại".

Kỹ thuật của đại học NCSU là một biến thể của hiệu ứng điện-thủy động lực học. Nó hoạt động dựa trên lớp vỏ oxit hình thành trên bề mặt của hợp kim và điện áp đặt lên đóng vai trò là một chất hoạt động bề mặt sẽ làm giảm sức căng bề mặt giữa kim loại và chất lỏng xung quanh.

Tiêu đề đã được khoahocnews.com đặt lại.