Forskare har utvecklat ett sätt att dynamiskt växla ytan av flytande metall mellan reflekterande och spridande tillstånd. Denna teknik kan en dag användas för att skapa elektriskt styrbara speglar eller belysningsanordningar.

Flytande metaller kombinerar det elektriska, termiska och optiska egenskaper hos metaller med flytande vätska. Den nya metoden använder en elektriskt driven kemisk reaktion för att skapa omkopplingsbara reflekterande ytor på en flytande metall. Inga optiska beläggningar eller poleringssteg, som vanligtvis krävs för att göra reflekterande optiska komponenter, är nödvändiga för att göra den flytande metallen mycket reflekterande.

I tidskriften Optical Society (OSA) Expressmaterial Express , forskare under ledning av Yuji Oki vid Kyushu University i Japan visar att växling mellan reflekterande och spridande tillstånd kan uppnås med bara 1,4 V, ungefär samma spänning som används för att tända en typisk LED. Forskarna samarbetade med Michael D. Dickeys forskargrupp vid North Carolina State University för att utveckla den nya metoden, som kan implementeras vid omgivningstemperatur och tryck.

"I den närmaste framtiden kan denna teknik användas för att skapa verktyg för underhållning och konstnärliga uttryck som aldrig tidigare varit tillgängliga, "sa Oki." Med mer utveckling, det kan vara möjligt att utöka denna teknik till något som fungerar ungefär som 3D-utskrift för att producera elektroniskt styrd optik gjord av flytande metaller. Detta kan göra det möjligt för optiken som används i ljusbaserade hälsotester att enkelt och billigt tillverkas i områden i världen som saknar medicinska laboratoriefaciliteter. "

Skapa en optisk yta

I det nya arbetet, forskarna skapade en reservoar med hjälp av en inbäddad flödeskanal. De använde sedan en "push-pull-metod" för att bilda optiska ytor genom att antingen pumpa in galliumbaserad flytande metall i eller suga ut den ur behållaren. Denna process bildade konvex, platt, eller konkava ytor; var och en med olika optiska egenskaper.

Sedan, genom att använda el, forskarna inledde en kemisk reaktion som reversibelt oxiderar den flytande metallen. Oxidationen förändrar vätskans volym på ett sätt som skapar många små repor på ytan som gör att ljus sprids. När el appliceras i motsatt riktning, den flytande metallen återgår till sitt ursprungliga tillstånd. Den flytande metallens ytspänning gör att reporna försvinner, återställa ytan till ett rent reflekterande spegeltillstånd.

Forskarna upptäckte den nya tekniken serendipitöst medan de experimenterade med en flytande metall för att se om den kunde användas för att göra formar att använda med en silikonelastomer. "Vår avsikt var att använda oxidation för att ändra ytspänningen och förstärka ytan på den flytande metallen, "sa Oki." Men vi fann det, under vissa förutsättningar, ytan skulle spontant förändras till en spridningsyta. Istället för att betrakta detta som ett misslyckande, vi optimerade förutsättningarna och verifierade fenomenet. "

Kännetecknar fenomenet

Forskarna karaktäriserade elektrokemiskt och optiskt de olika ytor som skapades genom att applicera elektricitet. De fann att förändring av spänningen på ytan från -800 mV till +800 mV skulle minska ljusintensiteten när ytan ändrades från reflekterande till spridning. De elektrokemiska mätningarna avslöjade att en spänningsförändring på 1,4 V var tillräcklig för att skapa redoxreaktioner med god reproducerbarhet.

"Vi fann också att ytan under vissa förhållanden kan oxideras något och ändå behålla en slät reflekterande yta, "sa Oki." Genom att kontrollera detta, det kan vara möjligt att skapa ännu fler olika optiska ytor med denna metod som kan leda till applikationer i avancerade enheter som biokemiska chips eller användas för att göra 3D-tryckta optiska element. "