Các nhà khoa học đã phát triển được kim loại có thể biến hình

[TinNhanh247]

Thay đổi nhanh chóng hình dạng của hợp kim theo cách có thể đảo ngược: Các nhà hóa học đã thực hiện được một bước mới trên con đường phát triển công nghệ có thể tái cấu hình.

Khi nhìn thấy dòng chữ "liquid metal", những người hâm mộ khoa học viễn tưởng sẽ liên tưởng đến robot T-1000 gần như không thể phá hủy trong siêu phẩm huyền thoại "Kẻ hủy diệt" - được cấu tạo từ "kim loại lỏng", có thể thay đổi hình dạng theo ý muốn.

Liquid Metal là hợp chất bền bỉ, mạnh hơn 2,5 lần so với hợp kim Titan trong khi trọng lượng nhẹ hơn. Cứng hơn 1,5 lần so với thép và trọng lượng cũng nhẹ hơn. Khó bị biến dạng vĩnh viễn từ 2-3 lần so với kim loại truyền thống. Hoàn toàn không bị ăn mòn. Cho phép tạo các lớp vỏ mỏng hơn nhưng lại chắc chắn hơn...

Một nhóm nghiên cứu tại Đại học Bang North Carolina đã thực hiện một bước quan trọng đầu tiên trên con đường chế tạo những hợp kim như vậy.

Bằng cách đặt một điện áp thấp lên chất lỏng dẫn điện (trong trường hợp này là dung dịch nước) và điều chỉnh độ bền của nó, các nhà nghiên cứu đã thay đổi hình dạng của các giọt hợp kim gali-indium trong nước gần như ngay lập tức, khiến chúng hoặc lan ra thành các dải dài hoặc co lại thành các hình cầu.

Trưởng nhóm nghiên cứu Michael Dickey giải thích: "Bằng cách làm cho kim loại chảy, thay đổi hình dạng, chúng ta có thể tạo ra các cấu trúc biến đổi".

Ứng dụng chính mà các nhà hóa học nghĩ đến là tạo ra các ăng ten kim loại nhỏ có thể điều chỉnh được: cùng một loại vật liệu có thể bị biến dạng để gửi và nhận tín hiệu.

Tương tự như vậy, vật liệu này có thể được sử dụng để tạo ra các mạch điện có thể thay đổi bố cục hệ thống dây điện một cách tự nhiên, giống như hệ thần kinh có thể tạo ra hoặc loại bỏ các kết nối nhất định để duy trì trạng thái tối ưu.

Benoit Grosdidier, một chuyên gia về kim loại lỏng tại Đại học Lorraine ở Pháp, tin rằng chất hàn hiện đang được sử dụng trong ngành vi điện tử sẽ được thay thế bằng các hợp kim như vậy.

Benoit Grodidier giải thích: "Chìa khóa của quá trình hàn là sự lan rộng của kim loại hàn và sự 'thấm ướt của chất nền' tương tự, do đó kim loại lỏng có thể thay thế các kim loại độc hại đang được sử dụng hiện nay (như chì) hoặc các kim loại khác đang thiếu hụt".

Ví dụ, thiếc, thường được sử dụng để hàn vì độ dẻo tuyệt vời của nó, tuy nhiên chúng ta lại đang phải đối mặt với việc cạn kiệt nguồn thiếc dự trữ; công thức thay đổi độ dẻo bằng cách đặt một điện áp hứa hẹn sẽ thay thế nó bằng các kim loại khác dồi dào hơn.



Michael Dickey thừa nhận: "Chúng tôi vẫn đang trong giai đoạn nghiên cứu ban đầu. Tuy nhiên, ông nhấn mạnh lợi thế to lớn của hợp kim lỏng: hợp kim này không giống như thủy ngân, chúng không độc và có thể thay đổi hình dạng theo ý muốn".

Mọi thứ xảy ra ở cấp độ vi mô, bắt nguồn từ các lực đảm bảo giọt kim loại lỏng vẫn kết dính khi nó tiếp xúc với không khí hoặc chất lỏng - nó quyết định hình dạng cuối cùng của kim loại lỏng. Lực này chính là sức căng bề mặt, trên bề mặt ao có thể quan sát thấy con sải nước (thường gọi là nhện nước) đi trên mặt nước mà bề mặt chất lỏng không bị chảy. Đó là sức căng bề mặt của nước có thể chịu trọng lượng của sải nước.

Sức căng bề mặt của hợp kim gali-indium cao gấp bảy lần sức căng của nước. Trái ngược với nước, phân tán và chảy trên một số bề mặt, các giọt hợp kim gali-indium có hình cầu trên hầu hết các bề mặt để giảm thiểu sự tiếp xúc của diện tích bề mặt với thế giới bên ngoài.

Nhưng khi những giọt này ở trong một dung dịch dẫn điện được nối với nguồn điện, các nguyên tử kim loại trên bề mặt của chúng sẽ phản ứng với điện tích trong dung dịch để tạo thành một lớp oxit. Lớp oxit này có thể làm giảm sức căng bề mặt của giọt hợp kim gali-indium và ảnh hưởng đến hình dạng của giọt, do đó hình dạng của hợp kim có thể thay đổi bằng cách thay đổi điện áp đặt vào dung dịch dẫn điện.

Các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng oxit đóng vai trò trung gian giữa kim loại và nước trong dung dịch dẫn điện. Michael Dickey giải thích: "Các oxit có các nguyên tử gali, một mặt có ái lực với kim loại lỏng; mặt khác, chúng có các phân tử tương tự như phân tử nước (nhóm hydroxyl), vì vậy chúng cũng có tính ưa nước". Một hiệu điện thế nhỏ hơn 1 vôn có thể đủ để tạo ra một lớp oxit trên bề mặt của kim loại lỏng làm giảm sức căng bề mặt gần như bằng không, do đó các giọt kim loại không còn giữ được hình dạng hình cầu của chúng và trở thành "một vũng nước". Ngoài ra các nhà nghiên cứu cũng có thể đẩy hợp kim lỏng chảy theo một hướng cụ thể, và sự thay đổi này hoàn toàn có thể đảo ngược: ngay sau khi ngắt điện, lớp oxit biến mất, và hợp kim lại trở về hình dạng ban đầu, trở lại thành những giọt hình cầu dày đặc trong vòng một giây.

Hợp kim lỏng có thể chảy dọc theo con đường do các nhà nghiên cứu thiết lập, và sau đó lan ra ngay lập tức để trở thành những hình dạng khác nhau như thể nó có sự sống, giống như một con robot T-1000 thu nhỏ ở một cấp độ "phèn" hơn.