Des chercheurs de la North Carolina State University ont démontré une technique qui leur permet de produire des flux de métal liquide à température ambiante. En appliquant une basse tension au métal liquide, les chercheurs ont pu régler sa tension superficielle sur au moins trois ordres de grandeur.

"Les liquides veulent former des gouttelettes, car cela diminue leur énergie de surface, " dit Michael Dickey, professeur de génie chimique et biomoléculaire à NC State et co-auteur de l'étude. "Et c'est particulièrement vrai pour les métaux liquides, parce qu'ils ont une tension superficielle beaucoup plus élevée que les autres liquides."

La tension superficielle est mesurée en unités de millinewtons par mètre. La plupart des liquides, comme l'essence ou l'eau, ont des valeurs de tension superficielle comprises entre 20 et 72 millinewtons par mètre. alliages de gallium, qui ont été utilisés dans l'étude de l'État NC, avoir une tension superficielle d'au moins 500 millinewtons par mètre.

"On peut baisser la tension superficielle de 500 à 0,1 en appliquant moins d'un volt, " dit Minyung Song, qui a récemment soutenu son doctorat. à NC State et est le premier auteur de l'article. "Et cela change complètement le comportement du métal liquide."

Si vous avez commencé à extraire l'alliage de gallium-indium d'une buse, il se forme en gouttelette en raison de sa tension superficielle élevée. Si vous vouliez créer un flux de métal liquide, il faudrait appliquer un débit suffisamment élevé pour l'éjecter rapidement de la buse. Mais même alors, le flux résultant ne serait pas très stable.

Cependant, appliquer une basse tension au métal liquide lorsque le métal est sous l'eau crée une fine couche d'oxyde à la surface. Cela permet aux chercheurs de créer des flux de métal liquide qui ont le diamètre d'un cheveu humain et un faible débit.

"Cet oxyde agit comme les molécules de savon pour l'eau, abaisser la tension superficielle et réduire la tendance du fluide à perler, " dit Karen Daniels, professeur de physique à NC State et co-auteur de l'étude, "mais ici, l'effet est complètement réversible en coupant la tension. Vous ne pouvez pas facilement retirer le savon de l'eau."

Lorsque la basse tension est appliquée au métal liquide en mouvement, il crée efficacement une peau d'oxyde qui coule le long de la surface du métal liquide. En d'autres termes, la couche d'oxyde n'est pas statique - le tout s'écoule régulièrement de la buse, comme un fil.

La technique donne aux chercheurs un grand contrôle sur le comportement du métal liquide, car jusqu'à un certain point, plus la tension qu'ils appliquent au métal liquide est élevée, plus la tension superficielle du métal liquide est faible. Cependant, aux tensions les plus élevées, la couche d'oxyde forme une croûte épaisse qui perturbe la façon dont le métal s'écoule. Il en résulte un écoulement de fluide qui ressemble à un égouttement de cire. L'équipe de recherche avait précédemment montré que l'application d'une basse tension à une gouttelette de métal liquide au repos abaisse sa tension de surface et la fait former des motifs fractals. Cette étude a également été réalisée sur du métal liquide sous l'eau. Cette nouvelle étude est la première à aborder ce qui se passe lorsque le métal liquide est en mouvement.

"Nous commençons seulement à explorer la gamme complète des applications potentielles de cette technique, " dit Dickey. " Une idée serait de créer efficacement des fils de métal liquide à température ambiante. Si vous les enfermez dans une gaine élastique, vous auriez des fils extensibles. Il pourrait également être utilisé comme un nouvel outil pour étudier et contrôler le comportement des fluides. C'est passionnant car plus de 100 ans d'études scientifiques montrent que les flux liquides se décomposent en gouttelettes. Nous avons trouvé un moyen simple de stabiliser ces flux."

L'étude, « Surmonter les instabilités de Rayleigh-Plateau :stabiliser et déstabiliser les flux de métal liquide par oxydation électrochimique, " est publié dans Actes de l'Académie nationale des sciences .