Vloeibaar metaal kan alledaagse voorwerpen zoals papier in slimme voorwerpen veranderen – Ars Technica

Hoewel papier niet bepaald een slim materiaal is, zou het dat op een dag wel kunnen zijn als het wordt gecoat met een nieuw soort vloeibaar metaal. Deze vloeibare legering heeft het potentieel om papier en andere materialen om te zetten in gereedschappen die een aantal dingen zelf kunnen doen.

Vloeibaar metaal wordt al gebruikt in slimme objecten zoals draagbare circuits en sensoren, maar niet als coating. Geïnspireerd door origami bedacht een team van wetenschappers onder leiding van Bo Yuan van de Tsinghua University in China een manier om een ​​vloeibaar metaal te formuleren en het met een stempel aan te brengen zodat het zonder lijm op papier blijft plakken, iets wat voorheen niet mogelijk was. in Stady Onlangs gepubliceerd in Cell Reports Physical ScienceEn Wetenschappers hebben aangetoond dat met metallic gecoat papier kan worden omgezet in origami-vormen en op zichzelf kan worden gevouwen. De metalen coating geleidt ook warmte en elektriciteit. Het is bijna magisch. nauwelijks.

plakkerige slak

Omdat de moleculen in vloeibaar metaal de neiging hebben heel dicht bij elkaar te blijven, is het moeilijk om ze aan een oppervlak te laten kleven zonder dat iets als lijm werkt. Maar deze lijmen hebben meestal een negatief effect op de eigenschappen van het metaal, zoals geleidbaarheid. Yuan en zijn team wilden een vloeibaar metaal dat zonder lijm aan papier kon hechten. Ze gebruikten een bismut-indium-tinoxide-legering (BiInSn) en testten hoe goed deze presteerde naast de indium/gallium-legering (eGaIn).

BiInSn is effectiever gebleken. In tegenstelling tot eGaIn oxideert het niet bij blootstelling aan lucht, dus hoe goed het aan een oppervlak hecht, hangt niet af van de oxidelaag die zich op het metaal vormt. BiInSn is een vaste stof bij kamertemperatuur en heeft een hoger smeltpunt, dus er is geen gevaar dat het vloeibaar wordt bij temperaturen onder de 62°C (ongeveer 144°F). Het is ook in staat tot sterkere hechting. Het verkrijgen van een optimale hechting van BiInSn vereist echter vallen en opstaan.

“We moesten ervoor zorgen dat de hechting van het vloeibare metaal uniform was over een breed bereik op verschillende papiersoorten, en om de coating stabiel te houden”, vertelde Yuan aan Ars Technica in een e-mailinterview. “Om deze problemen op te lossen, veranderden we de druk die op de afdichting werd uitgeoefend, evenals de wrijvingssnelheid die in de experimenten werd gebruikt, en vonden we uiteindelijk de meest geschikte parameters, die uiteindelijk een snelle, grootschalige en stabiele hechting bereikten.”

De onderzoekers probeerden het op papier te drukken met verschillende hoeveelheden druk en ontdekten dat er niet veel nodig was om het op zijn plaats te houden. Vervolgens creëerden ze een origami-kubus van met metallic gecoat papier, waarbij de randen aan elkaar moesten plakken zonder enig ander bindmiddel. Ze zagen zelfs dat wanneer dit vierkant werd geopend, het gecoate papier zichzelf weer in zijn oorspronkelijke vorm kon vouwen. Omdat de metallic coating zelfklevend was, trokken de blootgestelde randen naar elkaar toe totdat het papier weer een kubus werd. Een andere geprobeerde vorm is een veer die kan worden uitgerekt of samengedrukt en toch kan worden aangepast.

Het team had ook de mogelijkheid om 3D-structuren te bouwen van afzonderlijke stukken plat papier bekleed met metaal. Deze structuren kunnen hun vorm behouden zonder af te brokkelen en de coating kan vervolgens worden afgepeld zonder de eigenschappen van het papieren substraat op enigerlei wijze aan te tasten. De verf, die niets van zijn eigenschappen heeft verloren, kan worden gerecycled en herhaaldelijk worden gebruikt. Papier wordt weer papier.

volgende stappen

Yuan is van mening dat zelfhechting door vloeibaar metaal een voordeel is, want als het met papier kan, kan het ook met andere dunne, lichtgewicht materialen om slimme objecten en zachte robots te maken die in krappe ruimtes passen. Het volgende dat hij wil bereiken, is een coating vinden waarbij het metaal niet afschilfert als het eenmaal is uitgehard. Hij overweegt biovriendelijke verfbeschermende sprays te testen in materialen die uiteindelijk als verpakking kunnen worden gebruikt (de dozen konden zichzelf openen en sluiten net als een papieren kubus in het experiment), op de menselijke huid (het verband zou pijnloos loskomen zonder de lijm). ), onder water en zelfs in de omstandigheden die we op andere planeten en manen zien.

Dit materiaal kan een aanwinst zijn voor zachte robots in buitenaardse omgevingen. Sommige zachte robots al kan verkennen De diepste oceaankanalen waar de druk te hoog is voor mensen en de scheuren en spleten te klein zijn voor grotere machines. Zachte robots zijn ontworpen met ondergrondse tunnels in het achterhoofd Mars En andere lichamen in de ruimte. Dunne en flexibele autonome zachte robots In staat tot Ga naar plaatsen waar grote rovers niet veilig kunnen passen of reizen, en de zelfklevende vloeibare metalen coating zorgt ervoor dat ze zelfstandig kunnen buigen en ontvouwen.

“Met onze methode kan men snel slimme materialen maken met een goede thermische en elektrische geleidbaarheid en het vermogen om de stijfheid af te stemmen, waardoor de materiaalkeuzes voor zachte robots aanzienlijk worden uitgebreid”, zei Yuan in het interview. “Ik denk dat deze methode een nieuwe ontwerpweg kan bieden voor ruimteverkenners.”

Celrapporten Exacte Wetenschappen, 2023. DOI: 10.1016/j.xcrp.2023.101419 (Over DOI’s).

Elizabeth Raine Creature schrijft. Haar werk is verschenen op SYFY WIRE, Space.com, WordsSideKick.com, Grunge, Den of Geek en Forbidden Futures. Als ze niet aan het schrijven is, verandert ze van gedaante, tekent ze of doet ze zich voor als een personage waar nog nooit iemand van heeft gehoord. Volg haar op Twitter: @hravenrayne.