Onderzoekers van de North Carolina State University hebben ontdekt dat gallium indium (EGaIn), een vloeibaar metaal met een van de hoogste oppervlaktespanningen, kan worden geïnduceerd om zich te verspreiden en patronen te vormen die fractals worden genoemd met de toepassing van laagspanning. Het werk heeft implicaties voor het beheersen van de vorm van vloeibare metalen.

Oppervlaktespanning is de kracht die wordt uitgeoefend door het oppervlak van een vloeistof die ervoor zorgt dat het "opkrabbelt" of druppeltjes vormt. Water, bijvoorbeeld, heeft een hoge oppervlaktespanning, dus het kriebelt, overwegende dat alcohol, met een lagere oppervlaktespanning, heeft de neiging zich uit te spreiden. Vloeibare metalen, zoals kwik, hebben een enorme oppervlaktespanning en zijn dus bijna altijd bolvormig. In feite, EGaIn heeft de hoogste oppervlaktespanning van alle bekende vloeistoffen bij kamertemperatuur.

In een verrassende bevinding NC-hoogleraar natuurkunde Karen Daniels en professor in chemische en biomoleculaire engineering Michael Dickey ontdekten dat het toepassen van lage spanning op het oppervlak van EGaIn ervoor zorgt dat het vloeibare metaal zich verspreidt en sneeuwvlokachtige fractale patronen vormt.

"Het toepassen van spanning op EGaIn vormt een dunne laag oxide op het oppervlak van het metaal, die effectief de oppervlaktespanning verlaagt, "zegt Dickey. "Normaal gesproken, de spanning van vloeistoffen kan worden verlaagd door oppervlakteactieve stoffen - zoals zeep of wasmiddel in water - aan de vloeistof toe te voegen. Het is gemakkelijk om zeep in water te doen, maar moeilijk om de zeep eruit te krijgen. In tegenstelling tot, het gebruik van spanning om de spanning te regelen is interessant omdat het omkeerbaar is, en ongelooflijk effectief."

"We ontdekten ook dat als je grotere hoeveelheden spanning op het metaal toepast, het zich niet meer verspreidt en weer opbolt, Daniels zegt. "Dat komt door de hoeveelheid geproduceerd oxide - een kleine hoeveelheid verlaagt de oppervlaktespanning, maar te veel vormt een korst over het metaal en stopt de verspreiding ervan. Dus het regelen van de spanning is een leuke manier om de verspreiding van het metaal te beheersen."

De onderzoekers registreerden het gedrag van het metaal naarmate de oppervlaktespanning daalde. Minder dan één volt elektriciteit zorgde ervoor dat het metaal zich uitspreidde en verschillende fractals vormde, of patronen. interessant, de fractals gevormd door de EGaIn lijken uniek te zijn; dat is, ze komen niet overeen met de momenteel beschreven fractals. "Behalve dat het ongebruikelijk is, de andere implicatie van deze fractals is dat om ze te vormen, de oppervlaktespanning van het vloeibare metaal bijna nul moet zijn, ' zegt Daniëls.

"Dit werk suggereert dat niet alleen de vorming van het oxide de oppervlaktespanning van het vloeibare metaal verlaagt, maar dat het ook drukspanningen creëert - het tegenovergestelde van spanning - die het metaal helpen zich uit te spreiden en fractals te vormen, ", zegt Dickey. "Dit is interessant omdat vloeistoffen altijd onder spanning staan, en we hebben nu een hulpmiddel om drukkrachten rechtstreeks op het oppervlak van een vloeistof uit te oefenen. Deze eigenschappen geven ons meer controle over het gedrag van het metaal."

Het werk verschijnt in Fysieke beoordelingsbrieven .