为了努力研发出一种柔软如自然生物的新型电子材料,卡内基梅隆大学(Carnegie Mellon University)的机械工程师们正在研发一种流体晶体管,这种晶体管是由铟和镓的金属合金制成,在室温下呈现出液态。据了解,这些粘糊糊的液态晶体管未来或许会应用在生物相容的疾病监测仪、变形机器人等领域。

流体晶体管,通过改变金属液滴以控制电路

据了解,最近出现了一例液态电子产品,它是由微型玻璃管组成的微型开关,其内部有一个水银珠,当它在两根电线之间滚动时,它就会关闭开关。从本质上讲,流体晶体管是一种更复杂的开关,它是由一种液态金属合金制成的并且不带有毒性,所以它可以被注入到橡胶中来制造柔软的、可伸缩的电路。

与水银开关不同的是,倾斜的小瓶关闭电路,流体晶体管的工作原理是通过电压的方向开启和关闭金属液滴之间的连接。当它向一个方向流动时,液滴结合,电路闭合。如果它以另一种方式流动,液滴分裂,电路就会打开。

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卡内基梅隆大学(Carnegie Mellon)软机器实验室的研究人员卡梅尔·马吉迪(Carmel Majidi)和詹姆斯·威斯曼(James Wissman)表示,由于毛细血管不稳定的现象,交流开关的开启和关闭使它能够模拟晶体管。其困难的部分是会引起不稳定性,所以液滴从两种变化为一种,然后直至看起来天衣无缝。

“我们一直都能看到毛细血管不稳定,”Majidi这样解释关于不稳定的现象。“如果你打开水龙头,流速非常低,有时你会看到从稳定流到单个液滴的转变。”这叫做瑞利不稳定性。

雷锋网获悉,通过测试氢氧化钠浴中的液滴,工程师们发现电压和电化学反应之间存在一种关系,电压在液滴表面的氧化过程中产生了梯度,改变了表面张力,导致液滴分裂成两个。更重要的是,开关的性能就像晶体管一样。

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马吉迪说:“我们有这两个液滴,类似于一个场效应晶体管的源和漏极,我们可以利用这个形状可编程的效果来打开和关闭电路。”“你最终可以使用这种效应来创建这些物理可重构电路。”

铟镓晶体管或应用于疾病监测、形变机器人等新领域

研究人员说,新型的流体晶体管开启了微型液体计算机的前景,这种微型液体计算机可以与人体组织直接接触,作为疾病监测或帮助中风患者恢复大脑功能。据雷锋网了解,除此之外,液体电路可以使材料重新配置,以改变其功能或绕过受损区域。

Majidi表示,“它可能是在一个正在经历一些非常大的物理变形的结构上,就像一个飞行机器人模仿鸟类的特性,当它展开翅膀的时候,你希望机翼上的电路也可以变形和重新配置,这样它们就能运行或支持一些新的电子功能。”因此,电路的变形和重新配置,能够赋予未来机器人变形的能力。因而,它或许能够开辟出形变机器人等新领域的探索之路。

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