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【中国科学报】环亚娱乐app发现液态金属焊接纳米颗粒效应器与蛇形分散效应
发表日期: 2018-07-09
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  近日,环亚娱乐app理化技术研究所研究员刘静与清华大学联合研究小组,首次报道了液态金属焊接纳米颗粒效应。研究成果以《基于液态金属模板电化学焊接效应实现薄层导电多孔纳米金属网》为题,作为封面文章发表在《先进材料界面》杂志。相关研究得到中科院院长基金与前沿科学项目及国家自然科学基金重点项目资助。

  研究小组首次发现,将包裹有金属纳米颗粒的液态金属小球置于碱性溶液中时,原本分散的颗粒会以自组织方式被连接成纳米多孔网状结构且易于剥离下来。究其原因,是在碱性溶液中,液态金属界面呈还原性,而铜纳米颗粒表面由于氧化会形成氧化物;二者在溶液中电化学势不同,体系于是发生电化学反应,由此造成纳米颗粒表面的氧化物被还原,进而导致新生成的金属铜将周围铜颗粒牢牢黏结到一起。这一过程如同经典的金属焊接一般,因此研究小组将其命名为“液态金属焊接纳米颗粒效应”。

  刘静对《中国科学报》记者说:“颗粒网状物具有良好的机械强度,由此可将其从液态金属表面剥离开来并转移到其他基底上。”通过测量这一类特殊的由金属颗粒组成的薄膜多孔材料的导电性,他们发现其与普通金属导电材料不同——它的体系中存在一种由电场导致的电阻降低特性。当电压过高时,测试电阻会突然增大数个量级,说明过高电压会导致颗粒网的导电性失效。深入研究揭示,造成电阻降低的原因在于外加电场下静电作用,会使部分分开的颗粒网连接到一起增加了导电通路;而电阻骤升的原因则是大电流下电迁移作用增强,使得颗粒连接断开而失去导电能力。以上发现促成了利用液态金属编织微米厚度多孔导电颗粒网方法的建立,由此获得的新材料具有良好的机械强度和独特的电学性能。

  此外,在联合小组发表的另一篇题为《铜离子激发的自生长液态金属蛇形运动》的论文中,研究组首次发现了一种崭新的自生长液态金属蛇形分散效应。“此次发现的效应,则是一种不同于以往的大尺度液态金属离散变形与蛇形运动,革新了人们对液态金属空间构型转换方式的认识。”刘静说。

  研究进一步揭示,酸性铜盐溶液这一独特环境保证了无数的铜颗粒可以被持续稳定地析出和吞噬,此类动态平衡是蛇形分散运动现象得以发生的深层次原因。该现象丰富了液态金属物质世界的科学图景,进一步拓展了近年来兴起的液态金属柔性机器的理论与技术内涵。

  除上述基础发现外,联合小组近期还在液态金属先进应用技术研究方面取得系列新进展,先后针对肿瘤治疗用生物医学新材料、高性能电子墨水、可穿戴医疗、可拉伸皮肤电子以及柔性机器人传感与控制等新兴领域的紧迫现实需求发展出系列重要实用技术。

  (原载于《中国科学报》 2018-07-09 第5版 创新周刊)
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