Pesquisadores da Universidade Estadual da Carolina do Norte demonstraram uma técnica que lhes permite produzir fluxos de metal líquido em temperatura ambiente. Ao aplicar uma baixa voltagem ao metal líquido, os pesquisadores foram capazes de ajustar sua tensão superficial em pelo menos três ordens de magnitude.

"Os líquidos querem formar gotas, porque isso reduz sua energia de superfície, "diz Michael Dickey, professor de engenharia química e biomolecular na NC State e co-autor do estudo. "E isso é especialmente verdadeiro para metais líquidos, porque eles têm tensão superficial muito maior do que outros líquidos. "

A tensão superficial é medida em unidades de millinewtons por metro. A maioria dos líquidos, como gasolina ou água, têm valores de tensão superficial entre 20 e 72 millinewtons por metro. Ligas de gálio, que foram usados ​​no estudo do estado do NC, têm uma tensão superficial de pelo menos 500 millinewtons por metro.

"Podemos reduzir a tensão superficial de 500 para 0,1 aplicando menos de um volt, "diz Minyung Song, que recentemente defendeu seu Ph.D. na NC State e é o primeiro autor do artigo. "E isso muda completamente o comportamento do metal líquido."

Se você começou a espremer liga de gálio e índio de um bico, ele se transforma em uma gota devido à sua alta tensão superficial. Se você quiser criar um fluxo de metal líquido, você teria que aplicar uma taxa de fluxo alta o suficiente para ejetá-lo rapidamente do bico. Mas mesmo assim, o fluxo resultante não seria muito estável.

Contudo, aplicar uma baixa voltagem ao metal líquido quando o metal está sob a água cria uma fina camada de óxido na superfície. Isso permite que os pesquisadores criem fluxos contínuos de metal líquido que têm o diâmetro de um cabelo humano - e uma baixa taxa de fluxo.

"Este óxido age como as moléculas de sabão fazem com a água, diminuindo a tensão superficial e reduzindo a tendência do fluido de formar gotas, "diz Karen Daniels, professor de física da NC State e co-autor do estudo, "mas aqui o efeito é completamente reversível desligando a voltagem. Você não pode tirar facilmente o sabão da água."

Quando a baixa tensão é aplicada ao metal líquido em movimento, ele cria efetivamente uma película de óxido que corre ao longo da superfície do metal líquido. Em outras palavras, a camada de óxido não é estática - a coisa toda flui continuamente para fora do bocal, como um fio.

A técnica dá aos pesquisadores um grande controle sobre como o metal líquido se comporta, porque - até certo ponto - quanto maior a voltagem que eles aplicam ao metal líquido, quanto menor a tensão superficial do metal líquido. Contudo, nas tensões mais altas, a camada de óxido forma uma crosta espessa que atrapalha o fluxo do metal. Isso resulta em um fluxo de fluido que se assemelha a cera pingando. A equipe de pesquisa já havia mostrado que a aplicação de baixa voltagem a uma gota de metal líquido em repouso reduz sua tensão superficial e faz com que ela forme padrões fractais. Esse estudo também foi realizado em metal líquido debaixo d'água. Este novo estudo é o primeiro a abordar o que acontece quando o metal líquido está em movimento.

"Estamos apenas começando a explorar toda a gama de aplicações potenciais para esta técnica, “Diz Dickey.“ Uma ideia seria criar fios de metal líquido de forma eficaz à temperatura ambiente. Se você os envolver em uma bainha elástica, você teria fios extensíveis. Também pode ser usado como uma nova ferramenta para estudar e controlar o comportamento dos fluidos. É empolgante porque mais de 100 anos de estudos científicos mostram que os fluxos de líquidos se dividem em gotas. Encontramos uma maneira simples de estabilizar esses fluxos. "

O estudo, "Superando as instabilidades de Rayleigh-Plateau:estabilizando e desestabilizando fluxos de metal líquido via oxidação eletroquímica, "é publicado em Proceedings of the National Academy of Sciences .