Les chercheurs ont développé un moyen de faire basculer dynamiquement la surface du métal liquide entre les états de réflexion et de diffusion. Cette technologie pourrait un jour être utilisée pour créer des miroirs ou des dispositifs d'éclairage à commande électrique.

Les métaux liquides combinent l'électricité, propriétés thermiques et optiques des métaux avec la fluidité d'un liquide. La nouvelle approche utilise une réaction chimique à commande électrique pour créer des surfaces réfléchissantes commutables sur un métal liquide. Pas de revêtements optiques ni d'étapes de polissage, qui sont généralement nécessaires pour fabriquer des composants optiques réfléchissants, sont nécessaires pour rendre le métal liquide hautement réfléchissant.

Dans la revue Optical Society (OSA) Matériaux optiques Express , des chercheurs dirigés par Yuji Oki de l'Université de Kyushu au Japon montrent que la commutation entre les états de réflexion et de diffusion peut être réalisée avec seulement 1,4 V, environ la même tension utilisée pour allumer une LED typique. Les chercheurs ont collaboré avec l'équipe de recherche de Michael D. Dickey à la North Carolina State University pour développer la nouvelle méthode, qui peut être mis en oeuvre à température et pression ambiantes.

« Dans l'immédiat, cette technologie pourrait être utilisée pour créer des outils de divertissement et d'expression artistique qui n'ont jamais été disponibles auparavant, " dit Oki. " Avec plus de développement, il serait peut-être possible d'étendre cette technologie à quelque chose qui fonctionne un peu comme l'impression 3D pour produire des optiques à commande électronique en métaux liquides. Cela pourrait permettre aux optiques utilisées dans les appareils de test de santé basés sur la lumière d'être fabriquées facilement et à moindre coût dans les régions du monde qui manquent d'installations de laboratoire médical. »

Création d'une surface optique

Dans le nouveau travail, les chercheurs ont créé un réservoir à l'aide d'un canal d'écoulement intégré. Ils ont ensuite utilisé une "méthode push-pull" pour former des surfaces optiques en pompant du métal liquide à base de gallium ou en l'aspirant hors du réservoir. Ce processus formé convexe, appartement, ou surfaces concaves; chacun avec des propriétés optiques différentes.

Puis, en appliquant de l'électricité, les chercheurs ont initié une réaction chimique qui oxyde de manière réversible le métal liquide. L'oxydation modifie le volume du liquide d'une manière qui crée de nombreuses petites rayures sur la surface qui provoquent la diffusion de la lumière. Lorsque l'électricité est appliquée dans la direction opposée, le métal liquide revient à son état initial. La tension superficielle du métal liquide fait disparaître les rayures, restaurer la surface à un état propre de miroir réfléchissant.

Les chercheurs ont découvert la nouvelle technique par hasard en expérimentant avec un métal liquide pour voir s'il pouvait être utilisé pour fabriquer des moules à utiliser avec un élastomère de silicone. "Notre intention était d'utiliser l'oxydation pour modifier la tension superficielle et renforcer la surface du métal liquide, " dit Oki. " Cependant, nous avons trouvé que, sous certaines conditions, la surface se transformerait spontanément en une surface diffusante. Au lieu de considérer cela comme un échec, nous avons optimisé les conditions et vérifié le phénomène."

Caractériser le phénomène

Les chercheurs ont caractérisé électrochimiquement et optiquement les différentes surfaces qui ont été créées en appliquant de l'électricité. Ils ont découvert que le fait de changer la tension à la surface de -800 mV à +800 mV réduirait l'intensité lumineuse à mesure que la surface passait de réfléchissant à diffusant. Les mesures électrochimiques ont révélé qu'un changement de tension de 1,4 V était suffisant pour créer des réactions redox avec une bonne reproductibilité.

"Nous avons également constaté que dans certaines conditions, la surface peut être légèrement oxydée tout en conservant une surface réfléchissante lisse, " dit Oki. " En contrôlant cela, il pourrait être possible de créer des surfaces optiques encore plus diversifiées en utilisant cette approche qui pourrait conduire à des applications dans des dispositifs avancés tels que des puces biochimiques ou être utilisées pour fabriquer des éléments optiques imprimés en 3D. »