科学家们可以轻松地操控这种液态金属

这项研究的灵感来自于电影《终结者2:审判日》及其反派角色T-1000。
University of Wollongong physicist Xiaolin Wang looks over liquid metal in petri dish
物理学家王晓琳(Xiaolin Wang)研究能够改变形状并悬浮的液态金属。 伍伦贡大学

物理学家王晓琳(Xiaolin Wang)自豪地宣称,他的实验室的研究将科幻小说中的虚构变成了现实。科幻电影,包括他最喜欢的电影系列《终结者》和《黑客帝国》,指导着他的许多研究;他最新的作品让人联想起《终结者2:审判日》中那个善于变形的T-1000反派。王晓琳的研究本身就是一大看点:他的团队能够远程操纵液态金属的形状和运动,甚至能使其悬浮起来。

“最初的想法是为了制作出电影中的所有特效,”澳大利亚伍伦贡大学超导与电子材料研究所教授王晓琳说。“对于普通观众来说,电影中的所有液态金属特效都是科幻小说,”他补充道,“但对我们来说,它们都是科学事实。”他说,迄今为止其他非接触式操纵技术,例如利用声波或光的技术,通常一次只能推动一两个微观物体。而他的团队最新的研究成果,最近发表在《美国国家科学院院刊》上,则可以处理更大、自由流动的金属目标。

王晓琳的研究使用了液态金属合金镓铟锡(Galinstan),这是一种镓、铟和锡的混合物。它的熔点为零下2摄氏度,因此在室温下,这种金属始终保持液态。(低于零下2度时,它会固化。)除了镓铟锡无毒且导电之外,这种合金的表面张力还可以被操纵。这种特性决定了液体是会聚集成液滴还是渗入成一滩。研究人员发现,通过用电流刺激材料使其表面氧化,可以触发其表面张力的改变,从而改变液态金属的形状。

在他们引人注目的演示中,研究人员将镓铟锡注入了一桶氢氧化钠溶液中,氢氧化钠是一种氧化剂,为镓铟锡进行表面张力转换氧化反应提供了化学基础。起初,合金像漏水龙头的水滴一样滴入桶中。但一旦研究人员接通电压,流淌的金属就变成了一股不间断的细流,直径与头发丝一样粗。更令人惊讶的是,在附近磁铁的作用下,自由落下的细流竟然“活”了过来。

带电的金属随着磁铁的移动而同步抽搐,因为其中有电流。这个电流反过来在液态金属周围产生自己的迷你磁场,以抵消外部磁铁的影响。通过将背景磁铁放置在恰当的位置,研究人员在液态金属中产生了足够的排斥力,能够支撑住整个细流,对抗重力;有些细流一次长达三英尺。进一步改变外部磁场,就像一只无形的手一样引导着金属细流。

当研究人员移动磁铁围绕流动的金属时,它在空间中同步地套索般运动,绕圈并抵抗重力的拉扯,仿佛有了自己的意识。“就像挥动一条丝带,”研究作者、伍伦贡大学物理学家、实验负责人叶华(Yahua He)说。“这太奇妙了。”

王晓琳和叶华表示,他们的技术对于将液态金属塑造成有用的结构非常有价值——这是一种能够实现精细特征的金属加工形式。研究人员还希望将这种液态金属与其他材料结合,创造出智能假肢。据王晓琳说,液态金属可切换的刚性和柔韧性对于制造人造肌肉可能很有用。尽管可以肯定的是,目前王晓琳的液态金属——也许庆幸的是——与虚构的T-1000的能力相去甚远。

与此同时,研究人员正在探索这种动态液态金属还能带来哪些新现象。过去,该团队已经证明,他们的液态金属可以改变形状,对电击做出心跳般的搏动,并能按指令渗过多孔材料——这让人联想到《终结者2》中T-1000穿过金属栏杆的场景。

“说实话,要做出比我们目前所做的更好的东西非常难,”王晓琳说。“我们认为,我们已经创造出的东西足够詹姆斯·卡梅隆(《终结者2》的导演)为他的下一部电影获得灵感了。”

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Shi En Kim

编辑实习生

Shi En Kim(她通常被称为 Kim)是一位马来西亚出生的自由科学作家,也是《科学美国人》 2022 年春季的编辑实习生。她广泛撰写各种主题,从蜘蛛网的奇特用途(无论是人类还是蜘蛛本身)到外太空的垃圾收集器。


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