Forskare från North Carolina State University har funnit att gallium indium (EGaIn), en flytande metall med en av de högsta ytspänningarna, kan induceras att spridas och bilda mönster som kallas fraktaler med tillämpning av lågspänning. Arbetet har konsekvenser för att kontrollera formen på flytande metaller.

Ytspänning är den kraft som utövas av ytan på en vätska som får den att "pärla upp" eller bilda droppar. Vatten, till exempel, har en hög ytspänning, så det pärlor, medan alkohol, med lägre ytspänning, tenderar att breda ut sig. Flytande metaller, som kvicksilver, har enorm ytspänning och är därför nästan alltid sfäriska. Faktiskt, EGaIn har den högsta ytspänningen av någon känd vätska vid rumstemperatur.

I ett överraskande fynd, NC-statsprofessorn i fysik Karen Daniels och professor i kemisk och biomolekylär teknik Michael Dickey upptäckte att applicering av lågspänning på ytan av EGaIn gör att den flytande metallen sprids ut och bildar snöflingaliknande fraktalmönster.

"Att applicera spänning på EGaIn bildar ett tunt lager av oxid på metallens yta, som effektivt sänker ytspänningen, "Säger Dickey." Normalt sett vätskans spänning kan minskas genom att tillsätta ytaktiva ämnen - som att lägga tvål eller tvättmedel i vatten - till vätskan. Det är lätt att lägga tvål i vatten, men svårt att få ut tvålen. I kontrast, användningen av spänning för att kontrollera spänningen är intressant eftersom den är reversibel, och otroligt effektiv. "

"Vi fann också att om du applicerar högre mängder spänning på metallen slutar den sprida sig och pärlor upp igen, " säger Daniels. "Det beror på mängden oxid som produceras - en liten mängd sänker ytspänningen, men för mycket bildar en skorpa över metallen och hindrar den från att spridas. Så att kontrollera spänningen är ett bra sätt att kontrollera spridningen av metallen."

Forskarna registrerade metallens beteende när ytspänningen minskade. Mindre än en volt elektricitet fick metallen att spridas ut och bilda olika fraktaler, eller mönster. Intressant, de fraktaler som bildas av EGaIn verkar vara unika; det är, de matchar inte några för närvarande beskrivna fraktaler. "Förutom att det är ovanligt, den andra innebörden av dessa fraktaler är att för att de ska bilda ytspänningen för den flytande metallen måste den vara nära noll, "Säger Daniels.

"Detta arbete tyder på att oxidbildningen inte bara sänker ytspänningen hos den flytande metallen, men att det också skapar tryckspänningar - motsatsen till spänning - som hjälper metallen att spridas ut och bilda fraktaler, "Säger Dickey." Detta är intressant eftersom vätskor alltid är under spänning, och vi har nu ett verktyg för att applicera tryckkrafter direkt på ytan av en vätska. Dessa egenskaper ger oss större kontroll över metallens beteende."

Verket visas i Fysiska granskningsbrev .