Галлий: проектирование адаптируемых электронных компонентов
Галлий является одним из немногих металлов, который превращается в жидкость при комнатной температуре. Когда это происходит, его поверхность окисляется, образуя своеобразную «кожу» над жидкостью. Несколько лет назад ученые считали это покрытие своего рода проблемой. Сегодня они видят в этом перспективы.
«Мы пытаемся перевернуть общепринятое мнение, — говорит Майкл Дикки, доцент кафедры химической и биомолекулярой инженерии в университете штата Северная Каролина. — Мы пытаемся использовать старый материал по-новому».
Национальный научный фонд США финансирует ученых, изучающих способы манипулирования и изменения этого жидкого металла для того, чтобы формировать его в функциональные структуры в электронике, например, для создания гибких и растягивающихся с изменяемой конфигурацией компонентов, таких как антенны.
Одним из возможных применений может быть помещение жидкого галлия http://u.to/LKNQ (фактически сплав галлия и индия, последний препятствует замораживанию галлия) в уже поддающийся растягиванию материал для обеспечения проводимости.
«Если вы поместите алюминий в резину, то он будет вести себя механически как алюминий, — объясняет Дикки. — Но если вы помещаете в жидкий металл резинку, у вас появляется металлическая проводимость, которая вам необходима, но при этом у вас все еще есть свойства резины. Мы используем способность этого металла формировать окисный слой, чтобы управлять его формой.
При более глубоком изучении механических свойств жидкого галлия, в том числе при возможности изменить «кожу», сделав его более сильным или слабым, можно было бы спроектировать электронные компоненты, которые могут быть регулируемыми, то есть, способными изменять свои функции по мере необходимости».
«Если вы можете изменить форму, вы можете изменить и функции, — говорит он, добавляя, что новые типы антенн с такого рода гибкостью могли бы преобразовать смартфоны, навигационные системы и Wi-Fi. — Мы могли бы разработать потенциально лучшие антенны для сотовых телефонов, которые могут реагировать на изменяющиеся условия».
Также можно применять это в часах, медицинских устройствах или в области мягкой робототехники. «Большинство роботов, которые работают на заводах изготавливаются из жестких материалов и плохо взаимодействуют с людьми, — говорит он. — Представьте осьминога с большой свободой движения, который мог бы выполнять тонкие задачи».
В медицине это может быть встроенная электроника в перчатках врача или лаборанта, например, датчики обратной связи или протезирования.
«Мы пытаемся понять, что происходит на поверхности металла, — говорит Дикки. — Я смотрю на этот металл, как на композитный материал. Металл, образующий оксид на своей поверхности, являет собой крайне интересную комбинацию».
Он и его команда пытаются охарактеризовать механические свойства жидкого металла и методику его использования. Кроме того, они изучают химические характеристики оксида для того, чтобы понять, что на самом деле на поверхности и как это можно изменять.
Также ученые изучают способность галлия становиться жидким в ответ на давление.
«В некотором смысле, металл ведет себя как кетчуп, — говорит Дикки. — Своеобразная «кожа» лопается в результате приложения критического давления».
Также исследователи разработали интерактивный модуль, который обсуждает работу в контексте популярных фильмов, направленных на привлечение детей средней школы к высшему образованию и карьере в науке.