“Terminator 2” esiste, il metallo liquido per produrre materiali muta-forma ed auto-riparanti
[25 Settembre 2014]
“Terminator 2” potrebbe non essere più fantascienza e la manipolazione del metallo liquido potrebbe diventare la realtà di una nuova elettronica metamorfica. A dirlo è lo studio “Giant and switchable surface activity of liquid metal via surface oxidation” pubblicato su Proceedings of the National Academy of Sciences (Pnas) da un team di scienziati dei dipartimenti di ingegneria chimica e biomolocolare e chimica della North Carolina State University che i ricercatori della North Carolina State University hanno sviluppato «una tecnica per il controllo della tensione superficiale di metalli liquidi mediante l’applicazione di tensioni molto basse, aprendo le porte a una nuova generazione di circuiti elettronici, antenne e altre tecnologie riconfigurabili». La tecnica si basa su fatto che l’ossido della “pelle” del metallo – che può essere depositato o rimosso – agisce come un tensioattivo, abbassando la tensione superficiale tra il metallo e il fluido circostante.
Per sviluppare la tecnica “Terminator 2” i ricercatori hanno utilizzato una lega di metallo liquido di gallio ed indi e si piagano che «Alla base, la lega nuda ha una tensione molto elevata in superficie di circa 500 milliNewton (mN)/metro, che porta il metallo a debordare in un blob sferico». Ma il principale autore dello studio, Michael Dickey, professore associato di ingegneria chimica e biomolecolare alla NC State, spiega: «Abbiamo scoperto che applicando una piccola carica positiva – meno di 1 volt – si causa una reazione elettrochimica che crea uno strato di ossido sulla superficie del metallo, abbassando drasticamente la tensione superficiale da 500 mN / metro a circa 2 mN / metro, Questa modifica, grazie alla gravità, consente al metallo liquido di spargersi come una frittella»
I ricercatori statunitensi hanno anche dimostrato che la variazione di tensione superficiale è reversibile. Infatti, capovolgendo la polarità della carica da positivo a negativo, «l’ossido viene eliminato e la tensione superficiale viene ripristinata – dicono alla NC State – La tensione superficiale può essere regolata tra questi due estremi variando la tensione a piccoli steps». Dickey aggiunge che «Le conseguenti variazioni della tensione superficiale sono tra le più grandi mai riportate, il che è notevole, considerando che possono essere manipolate da meno di un volt- Possiamo usare questa tecnica per controllare il movimento dei metalli liquidi, il che ci permette di modificare la forma di antenne e circuiti completi o rotti. Potrebbe anche essere utilizzata nei canali microfluidici, MEMS, o dispositivi fotonici ed ottici. Molti materiali formano ossidi di superficie, quindi lavoro potrebbe estendersi oltre i metalli liquidi studiati qui». Insomma, la tecnica “Terminator 2” potrebbe servire anche a sviluppare nuovi telefoni cellulari, dispositivi medici, elementi di robotica in grado di trasformarsi ed auto-ripararsi.
Il laboratorio di Dickey aveva già dimostrato una tecnica per “la stampa 3-D” dei metalli liquidi che utilizza lo strato di ossido formata in aria per permettere al metallo liquido mantenere la sua forma, l’esatto opposto di quel che lo strato di ossido fa per la lega in una soluzione basica. Dickey conclude: «Pensiamo che le proprietà meccaniche dell’ossido siano diverse in un ambiente basico da quelle che sono in un ambiente all’aria».
«Questo radicale cambiamento nella tensione superficiale permette una serie di nuovi fenomeni elettroidrodinamici – si legge su Pnas – La capacità di manipolare le proprietà interfacciali del metallo promette ricche opportunità per componenti metallici a forma riconfigurabile nei dispositivi elettronici, elettromagnetici, e microfluidici senza l’uso di mercurio tossico. Questo lavoro suggerisce che le proprietà di bagnabilità di ossidi superficiali – che sono obiquitari sulla maggior parte dei metalli e semiconduttori – sono “tensioattivi” intrinseche. La natura intrinseca asimmetrica della superficie accoppiata alla capacità di manipolare attivamente la loro energetica potrebbero avere importanti applicazioni negli “electrohydrodynamics, composites” e nei processi di fusione dei materiali “oxide-forming”».