【仪表网 研发快讯】室温液态金属具低熔点、高导电性和高导热性等独特物理属性，在软体机器人、3D打印、微阀微泵、生医设备等方面展现了广泛的应用前景。由于液态金属表面张力比水高近一个量级，采用传统方法制备微尺度金属液滴面临较大挑战。力学所非线性力学国家重点实验室微纳米流体力学课题组提出基于液态金属界面电毛细流动引起的强烈漩涡流动，实现液态金属微液滴的可控高通量制备，并给出了基于Ohnesorge数和Reynolds数Re的无量纲标度率。该成果最近以“Electrocapillarity‐Induced Hurricane‐in‐a‐Tube Enables the Generation and Patterning of Liquid Metal Droplets”为题发表于Advanced Functional Materials (2024, 2409341)。
 

　　通过电场诱导出高表面张力梯度进而产生强烈的电毛细流动，液态金属微液滴制备中高表面张力的挑战转变成了优势。该研究通过实验和数值模拟，揭示了外加电场诱导液态金属界面电毛细流动产生的强烈漩涡流动的机理(图1)。在制备微管中，该漩涡形成的“管中飓风”(Hurricane‐in‐a‐Tube)提供了促进液滴生成的强剪切作用，实现了液态金属液滴的可控、高通量制备。通过力学建模分析，基于Ohnesorge数Oh和Reynolds数Re给出了预测生成液滴粒径的无量纲标度率(图2)，即Oh−2 = kRe+b，其中k、b为拟合系数。该技术及制备的液态金属微液滴还被应用于微液滴打印及小型化柔性传感设备。
 

　　哈尔滨工业大学任玉坤教授，力学所郑旭、蒋玺恺副研究员为论文共同通讯作者；力学所硕士研究生陶贤赞、陈高峰提供数值模拟结果。本研究得到了国家重点研发项目(2022YFF0503504)、国家自然科学基金面上项目(12072350)、以及中国科学院项目(025GJHZ2022023MI)的支持。
 

图1.基于电毛细流动制备液态金属液滴原理 (左图)及数值模拟结果(右图)
 

图2.电毛细流动制备液态金属液滴的无量纲标度率
 

图3. 本技术应用于微液滴打印(左)及小型化柔性传感设备(右)