液态金属弹簧:金属液滴的接触性震荡融合与弹射现象(英文)

室温液态金属因低黏、超高表面张力(约为水的10倍)及高密度等属性,蕴藏着新奇的物理景象.本文发现了一种金属液滴的相互作用机制:震荡性融合与接触弹射现象.实验借助注射泵生成金属液滴,并采用高速摄像仪记录液滴间的接触融合过程.基于图像处理的量化结果表明,金属液滴由于具有较小Oh数,表面张力在双液滴的接触性震荡融合过程中起主导作用;金属液滴表面的毛细波传播速度随其半径增大而减小;造成金属液滴出现接触弹射现象的动力学机制部分来源于表面张力波和双电层效应.这一基础认识丰富了液滴流体动力学的范畴,同时也为金属液滴的生成、操控乃至流体特性的刻画提供了理论依据.     

谈谈“世界首个自主运动可变形液态金属机器”

<正>最近,比较受关注的一条科学新闻是:世界首台自主运动可变形液态金属机器出现了,据报道,中国科学院理化技术研究所和清华大学医学院联合研究小组在世界上首次发现了一种独特的现象和机制,即液态金属可在"吞食"少量物质后,以可变形机器形态长时间高速运动,实现了无需外部电力的自主运动。这为研制液态金属机器人等奠定了理论和技术基础。该成果发布后引起很多关注与讨论。许多媒体似乎都在暗示,机器人研究有了巨大进展,甚至可以考虑将《终结者III》里面那位能够干掉施瓦辛格的美女机器人变成现实。我对该研究内容很     

刘静:液态金属将是变革未来机器人的核心引擎

 2015 年10 月12 日,以“未来机器人:展望与科学挑战”为主题的“双清论坛”在哈尔滨举行,此次会议由国家自然科学基金委员会主办,哈尔滨工业大学机器人技术与系统国家重点实验室承办。刘静的本行虽然不在机器人领域,但因为他在液态金属机器方面的研究成果而受邀参加此次论坛。他的报告“液态金属可变形柔性智能机器及其异力学效应”引起了与会专家的热烈讨论,研究机器人的专家们认为“液态金属机器”将是未来机器人的发展方向之一。     

环球

正液态金属:一个全新工业正在我国崛起!刘静团队在世界上首次发现,镓基液态合金吞食少量"食物"(铝)后,可以在各种形态之间转换,并实现了自行驱动的快速前进。她表示,中国在液态金属领域有幸走在世界的前列,我们希望能把握这一重大历史机遇,在中国建成世界级的液态金属谷。     

基于产业价值链的云南省液态金属新材料产业商业模式创新

液态金属是一类具有独特物理化学性质的新兴功能性材料,云南省在液态金属产业的发展中位于前列,并致力于创造"中国液态金属谷",有效地带动其他产业升级,开辟出千亿规模的市场空间。要实现这一目标,需要对云南液态金属产业进行商业模式创新。基于产业价值链视角剖析云南省液态金属产业价值链的结构;对产业的商业模式进行分析,提出云南省液态金属产业的价值增长点;完成对液态金属产业链的混向整合;最后对液态金属产业的商业模式创新提出对策和建议。     

科技新品

"液态金属"手机一向造型标新立异的明基,近日发布了一款"液态金属"手机新机C32,其将刚与柔、金属与液体的效果两个时尚元素相融合,展现出酷炫而又温柔的独特个性。其采用了精良的制造工艺,靓丽的金属机身拥有强烈的现代科技感。在硬件配置方面,明基C32配备了2英寸的176×220像素分辨率的26万TFT屏幕和200万像素的coms摄像头,然而对于现     

液态金属：行业进击的新“利器”

<正>作为进击的“利器”,液态金属身上的能量等待更多行业挖掘。4月11日,vivo首款折叠屏手机X Fold的发布会上,揭秘了折叠屏手机中关键的转轴材料—锆基合金,将液态金属再次拉回大众视野中。液态金属发现于20世纪20年代,应用却在几十年之后,自其产生起就带有多重属性,如今,更是成为产业发展的“关键材料”。液态金属进入学界、业界的前沿领域,这不禁让我们发问：液态金属有多大的能量？折叠屏之外,液态金属的出路在哪？     

液态金属高性能冷却技术:发展历程与研究前沿

 "热障"问题已经成为阻碍高端电子芯片和光电器件向更高性能发展的重要挑战,发展高性能芯片冷却和热管理技术迫在眉睫。作为一大类新兴的热管理材料,液态金属在对流冷却、热界面材料、相变热控等领域均带来了观念和技术上的巨大革新,打破了传统冷却技术的性能极限,给大量面临"热障"难题的器件和装备的冷却提供了全新解决方案,有望在国防、航空航天、能源系统及民用电子设备等领域的冷却与热管理系统中发挥重要作用。本文回顾了液态金属先进冷却技术的发展历程,主要包括液态金属对流冷却技术、液态金属热界面材料、液态金属（低熔点金属）相变储能与热控技术、基于液态金属的复合冷却技术等;梳理了液态金属冷却技术中的关键科学与技术问题和面临的挑战。     

流体性质对液滴碰撞壁面影响的数值研究

不同学者对液滴碰撞动力学的研究结论具有差异,研究的流体种类也较为单一.该文建立的研究体系包含了水、甘油水溶液、硅油、常温液态金属在内的9组流体,将流体黏度、表面张力的研究范围扩展至1～970mPa·s、20～500 mN/m,通过相场法数值模拟,补充低Reynolds数Re的液滴碰撞数据,探索已有理论的适用性.研究表明...     

液态“终结者”机器人或将成真

正"T-1000"是科幻电影《终结者》里的反派角色,由自主意识控制的液态金属构成。在电影中,"T-1000"能快速修复任何损伤,还能变成任何体积相当的物体及它接触过的人的样子。最近,科学家将液态金属滴到水里,发现不需要外力和光、电等外部刺激,稍稍改变水的化学成分,就能使液态金属     

零维液态金属快速凝固过程的热力学和动力学

分析了零维液态金属快速凝固过程中的热流规律,计算了零维数滴在真空条件下的冷却速度,并建立了零维液滴单晶形核的过冷度方程,结果表明,零维液滴的凝固过程由形核前所达到的过冷和系统向环境 散热共同控制,零维液滴在真空条件下的冷却速度在１０＾５～１０＾８Ｋ／ｓ之间。     

交变电场频率对弱导电液滴变形及融合的影响

基于相场方法和电荷守恒模型,在OpenFOAM框架下发展了考虑电荷输运的两相流数值方法,系统研究了不同电物性参数条件下交变电场频率对弱导电的单个液滴变形和双液滴融合的影响。结果表明,交变电场频率对单个液滴变形具有显著影响,同时也会影响双液滴的融合时间。当介电常数比Q和导电率比R相等时,单个液滴在交变电场中的平均变形率和等效直流电场中液滴的稳态变形率相等,双液滴融合时间随着频率增加而增加。当Q＞R时,随着频率增大,单个液滴的平均变形率不断增大,双液滴融合时间减少。当Q＜R时,电场频率增大会导致单个液滴平均变形率的减小以及双液滴融合时间增加。     

盐水液滴蒸发析晶实验研究及其反应工程法的单液滴模型

为建立适用于盐水喷雾蒸发数值模拟的单液滴蒸发模型,开展了NaCl溶液的单液滴蒸发析晶研究。首先,搭建了可同时测量液滴质量、温度、粒径的单液滴蒸发可视化实验平台,基于液滴的流致振动特性,提出了利用低通滤波改善振动信号对质量测量影响的方法;其次,开展了初始质量分数为10%的NaCl溶液液滴蒸发实验,明确了盐分析出对液滴温度、粒径和蒸发率的影响规律;最后,基于实验数据,获得了相对活化能和无量纲粒径随液滴干基含水率的变化关系,并建立了NaCl溶液液滴的反应工程法模型。数值模拟结果表明：所提模型预测结果的最大相对误差小于8%。该实验平台可为含析出性溶质液滴干燥过程中的质量测量提供重要借鉴,所提出的反应工程法模型也可用于NaCl溶液喷雾干燥的大规模高效数值计算。     

喷嘴结构对液体喷射破碎粒径影响的实验研究

为研究喷嘴结构对液体喷射破碎粒径的影响规律,通过阴影追踪法测得在不同喷嘴结构条件下液体喷射破碎液滴粒径分布。结果表明:喷嘴直径越大、收缩角度越平缓、破碎液滴索特平均直径(SMD)越大;喷嘴长径比增大会使得纯净水的液滴SMD增大;但对于甘油溶液,则会使得其液滴SMD减小;同时,喷嘴出口倒角会比无倒角时破碎液滴SMD增大,比较还发现45°倒角比倒圆角时破碎液滴SMD稍大。     

高速气流中液滴变形破碎的实验研究

通过高速摄影测试技术获得了液滴的3种典型变形破碎模式:振荡变形、剥离破碎和爆炸式破碎.定量研究了不同破碎模式下液滴形态的变化过程,发现在液滴演化的初始阶段3种工况的液滴增长曲线几乎重合.当液滴展向宽度增长到初始直径的3倍左右时,液滴受气流剪切作用开始剥离出颗粒.在液滴形态的发展过程中爆炸式破碎与剥离破碎模式具有一定的相似性.实验结果在一定程度上支持了Theofanous提出的"爆炸式破碎模式非独立存在"的观点,符合以作用机理为依据的液滴破碎模式分类.采用平面激光诱导荧光技术(Planar Laser Induced Fluorescence,PLIF)研究了液滴破碎雾化过程中液滴内部微小颗粒的分布,发现气流速度的增加增强了背风面反向涡对的强度.气流的剪切和夹带对液滴的破碎起着主导作用.     

利用超声波在线检测液态金属洁净度的模拟研究

通过水模型实验研究了利用超声波在线检测液态金属中夹杂物的可能性。首先考察和比较了不同性质的夹杂物对超声波传播规律的影响,发现当溶液中存在夹杂物时超声波声压减小,超声波的波形也发生明显变化,而且不同性质的夹杂物对超声波的影响也存在较大差异。进一步考察夹杂物浓度和粒径对超声波传播的影响,发现随着夹杂物浓度的增加和粒径的增大,超声波声压逐渐减小,而且声压对上述因素的微小变化反应灵敏。研究表明,利用超声波在线检测液态金属洁净度是可能的。     

工质种类对液态金属磁流体发电系统两相流影响的数值模拟

为了更好地选择工质种类以提高液态金属磁流体发电系统中低沸点工质和液态金属两相流输运速度,进行了数值模拟研究.利用CFD仿真软件,分别以三氟三氯乙烷、三氯甲烷作为低沸点工质,液态金属锡和镓作为液态金属工质,模拟低沸点工质受热汽化推动液态金属流动的物理过程,进行两相流模拟仿真研究.通过模拟结果结合理论分析得出工质种类对气液两相流输运特性的影响.结果表明,在满足液态金属不发生倒灌的条件下选择具有较小摩尔质量,较小潜热,较小热容和较大密度的低沸点工质以及具有较大密度,较大热容和较大热导率的液态金属更有利于气液两相流的运输;低沸点工质的沸点和液态金属的熔点应根据应用对象合理选择.     

基于介质上电润湿原理的微液滴驱动芯片

为了实现对微尺度下流体的精确操控,提出一种基于介质上电润湿(e lectrow etting-on-d ie lectric,EW OD)的新型微液滴驱动芯片。研究了介质上电润湿原理及“三明治”结构驱动机制,并利用流体软件(CFD-ACE )数值模拟液滴在“三明治”结构中的驱动情况;分析了“三明治”结构液滴驱动芯片的工艺,并提出在重掺杂多晶硅电极阵列表面上热氧二氧化硅介质层来制备低驱动电压及高可靠性的新结构驱动芯片;在空气环境下,通过施加45V驱动电压成功实现了对去离子离散液滴的操作和控制。     

同轴气流作用下压电驱动式微滴喷射行为的实验研究

为探究同轴气流对压电式微滴喷射过程的影响,自行设计并制造了设有同轴气流喷射槽的压电式微滴喷头,构建了微滴喷射与观测系统.采用双极性梯形波作为压电驱动波形,利用微滴喷射过程的可重复性,应用电荷耦合器件相机获取不同时刻的微滴图像;在此基础上,对同轴气流作用下压电驱动式微滴喷射行为进行了研究.结果发现:随着同轴气流强度的增大,微滴的延伸长度增加,其在喷嘴出口处的断裂时刻不受影响,在飞行过程中头部与尾部发生断裂的时刻延后;飞行微滴总体积略有减小,主液滴体积减小,而卫星液滴体积增大;主液滴与卫星液滴的前端速度和末端速度均有增大趋势,主液滴和卫星液滴末端速度的波动幅度与频率均有所下降;主液滴与卫星液滴形状都更趋于扁平,主液滴当量直径减小,而卫星液滴的当量直径则增大.研究阐明了压力波与同轴气流共同作用下微滴的喷射行为,揭示了同轴气流在微滴延伸、断裂和飞行过程中的作用规律,为同轴气流辅助式压电微滴喷头的设计提供了基础.     

超声对软物质液滴作用的动力学研究

用空化泡运动的研究方法推导出超声作用下软物质液滴在与之不相混溶液体中半径变化的运动方程,通过数值模拟探讨了超声频率、声压幅值、初始半径和界面张力系数对液滴半径变化的影响。结果发现:频率越低、声压幅值越大,液滴运动越剧烈;声压幅值小于静压时液滴只在初始半径附近做微小的稳定振动;液滴初始半径越小,液滴运动越剧烈,但初始半径大小不影响液滴最终所能达到的大小;界面张力系数的大小对超声场中液滴半径变化影响不大。