[发明专利]一种控制液态金属非融合行为的系统及方法

说明书

本发明涉及液态金属的操控技术领域，尤其涉及一种控制液态金属非融合行为的系统及方法，控制液态金属非融合行为的系统包括振动装置和承载装置，承载装置内设置液态金属液池和隔离溶液，液态金属液池位于隔离溶液下方，振动装置与承载装置连接，以控制承载装置振动。本发明承载装置内盛放有液态金属和隔离溶液，通过振动装置为承载装置施加一定频率和幅度的振动，放置一个或者多个液态金属液滴在承载装置内的液态金属液池上，液态金属液滴周围形成一层很薄的流动的隔离液膜，当振动的驱动条件合适时，这层隔离液膜能够周期性的挤压和排出，从而保证液态金属液滴能够悬浮在液态金属液滴上，实现液态金属的非融合行为。

技术领域

本发明涉及液态金属的操控技术领域，尤其涉及一种控制液态金属非融合行为的系统及方法。

背景技术

液态金属高于水数十倍的表面张力使其表现出一系列奇特的表面和界面现象，其中之一便是液态金属的非融合行为。非融合行为指的是两部分相同的流体互相靠近但能保持一定时间非融合的状态。对液态金属非融合行为的研究对于丰富流体力学理论体系以及促进工业技术发展都有非常重要的意义。在流动散热中，液滴的非融合可能会导致液态金属的灌注不畅，向散热通道中引入空气，从而造成散热效果的降低和流动阻力的增加。在3D打印和柔性电子的制造过程中，液滴的非融合行为会影响打印的精度，造成不合格样品数量的增加，提高生产成本。而在药物输送方面，每个纳米级别的液态金属液滴各自携带相应的药物，需要作用于不同的靶向部位。各个液滴之间必须保持非融合的状态，才能使其执行各自特定的功能，否则可能会对患者的身体健康造成危害。除此以外，在高温金属冶炼、铸造、焊接、锻造过程中，融化的液态金属的非融合行为对制造样品的合格与否以及精度高低都具有重要的影响。

为了实现上述目标，已经有研究者提出几种针对室温液态金属的非融合系统。例如将液态金属分散于含有表面活化剂的溶液中，表面活化剂能够使液态金属液滴之间稳定的分隔开来，但是这种通过添加化学试剂的方法不具备广泛的研究意义，对实际过程中的指导价值极其有限，而且所添加的表面活性剂物质可能对人体健康造成危害。除此以外，也有通过向液态金属-溶液的双流体体系外加电场，使得液态金属/溶液界面发生相对流动，从而提供一个牛顿润滑力使得液滴悬浮起来。但是在两个电极之间产生的电场梯度会使得表面流动定向于某一个方向，悬浮的液态金属液滴会沿着此电场梯度方向滑行，到达容器的边界后由于扰动液滴不再能保持悬浮，因此这种通过外加电场实现液滴非融合行为的方法并不能实现长时间稳定的液滴非融合。而且外加电场会使溶液发生电解，使得溶液的浓度和成分都发生了改变，同时也会使一部分液态金属氧化产生表面污染物，大大缩短了系统的寿命，必须及时更换溶液和清洗液态金属系统才能继续运行。另外电解产生的氢气不仅会对人体健康造成危害，也会危及系统的运行安全。总而言之，迄今为止还没有一种能够非接触地、长久稳定地实现液态金属非融合行为，并且高度可控可调、具有广泛研究价值的系统。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是解决在控制液态金属非融合行为时容易接触液态金属，难以长时间稳定维液态金属的融合行为，且容易造成污染危害的问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种控制液态金属非融合行为的系统，包括振动装置和承载装置，所述承载装置内设置液态金属液池和隔离溶液，所述液态金属液池位于所述隔离溶液下方，所述振动装置与所述承载装置连接，以控制所述承载装置振动。

其中，所述振动装置包括振动平台和驱动组件，所述驱动组件驱动所述振动平台竖直方向上周期性振动，所述振动平台的顶面与所述承载装置的底面连接。

其中，所述驱动组件包括波形信号发生器和与所述波形信号发生器配套的功率放大器。

其中，所述波形信号发生器发出频率为0～20kHz，幅值为0～10V，波形为正弦波、方波、三角波或脉冲波的信号。