CN109950686A - 一种用于重构液态金属的电控结构及其重构方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于重构液态金属的电控结构及其重构方法，电控结构包括液态金属储存池、液态金属流控管、正电极线、电解液回流管、负电极电解液储存池、负电极线、电路连接线以及与可编程开发板；其中液态金属位于所述液态金属储存池中和部分液态金属流控管内，所述正电极线与液态金属储存池内的液态金属接触；所述液态金属流控管的其余部分、电解液回流管内以及多个负电极电解液储存池中充满电解液。本发明基于电控原理，利用可编程开发板，独立控制每个负电极线，实现液态金属的流动及停止，从而实现其形状的可控及可重构；可编程开发板与电路连线均与液态金属流控管进行三维集成，使得本发明具有体积小的优势，非常适合用于可重构天线和滤波器等的设计。

Description

一种用于重构液态金属的电控结构及其重构方法

技术领域

本发明涉及液态金属技术领域，尤其涉及一种用于重构液态金属的电控结构及其重构方法。

背景技术

液态金属是指一种不定型金属，液态金属可看作由正离子流体和自由电子气组成的混合物，液态金属也是一种不定型、可流动液体的金属。液态金属具有金属的典型特性，如高导热率，高电导率等。然而，液态金属最重要的特性是其形状可以在常温下改变，这就为对性能严重依赖形状及尺寸的天线和各类微波谐振器等进行重构提供了可能。

现在，主流的几种驱动液态金属形状改变的方法都有其各自的缺点。方法之一是借助气压，这种方法既可以将液态金属滴喷射到所需位置，也可以在流控管内注入液态金属并进行控制；气压控制需要较多的设备，诸如气泵、电源等，体积较大，不利于系统的小型化设计；同时，利用气压控制液态金属流动通常被认为是不可逆的，因为当注入反向气压时，会在与其接触的物体表面留有较多的金属残余。借助化学力也可以用来驱动液态金属，但是当前研究表明，这一方法仅限于液滴状金属，且驱动力不可持续会很快衰竭殆尽。与上述两种方法不同，通过弱直流电压(1V～5V)结合电解液对液态金属进行驱动从而改变形状，所需设备少且所占空间小，并且这一塑形过程可逆(通过改变电极属性)。

然而现有的电控液态金属技术均只能控制液态金属的流向，不能控制液态金属具体停止的位置，从而实现固定液态金属形状可重构的目的，因此需要改进。

发明内容

本发明的目的在于提供一种一种用于重构液态金属的电控结构及其重构方法，使得不但能控制液态金属的流动方向，也同时能控制液态金属流动的停止位置，从而实现液态金属形状的可重构。

本发明提供一种用于重构液态金属的电控结构，其包括液态金属储存池、与所述液态金属储存池连接的液态金属流控管、正电极线、连接所述液态金属储存池和所述液态金属流控管的电解液回流管、位于液态金属流控管上的多个负电极电解液储存池、与对应负电极电解液储存池连接的多个负电极线、控制电极且与对应负电极线连接的多个电路连接线以及与多个电路连接线连接的可编程开发板；其中液态金属位于所述液态金属储存池中和部分液态金属流控管内，所述正电极线与液态金属储存池内的液态金属接触；所述液态金属流控管的其余部分、电解液回流管内以及多个负电极电解液储存池中充满电解液。

进一步，所述电解液为碱溶液。

进一步，所述碱溶液为NaOH水溶液。

进一步，所述碱溶液为KOH水溶液。

进一步，液态金属流控管与液态金属存储池的下部相连，电解液回流管与液态金属存储池的上部相连。

进一步，所述液态金属流控管包括靠近液态金属储存池的前端、与前端连接的后端以及与后端连接的弯折端，前端和后端位于同一个平面内，弯折端与后端之间具有角度。

进一步，前端的长度不大于三分之一后端的长度。

进一步，液态金属流控管的前端与液态金属储存池连接，液态金属流控管的前端内具有液态金属，液态金属流控管的弯折端与电解液回流管连接，多个负电极电解液储存池位于液态金属流控管的后端上。

进一步，负电极电解液储存池具有三个，依序为第一负电极电解液储存池、第二负电极电解液储存池和第三负电极电解液储存池；多个负电极线也具有三个，依序为与第一负电极电解液储存池连接的第一负电极线、与第二负电极电解液储存池连接的第二负电极线、以及与第三负电极电解液储存池连接的第三负电极线；多个电路连接线也具有三个，分别为与第一负电极线连接的第一电路连接线、与第二负电极线连接的第二电路连接线、以及与第三负电极线连接的第三电路连接线；第一电路连接线、第二电路连接线和第三电路连接线均与可编程开发板连接。

本发明还提供一种用于重构液态金属的电控结构的重构方法，包括如下步骤：

S1：其中一个电路连接线施加负电压，与该电路连接线所对应的负电极线也被加负电压；

S2：所述负电压通过所述负电极线所对应的负电极电解液存储池与液态金属流控管中的电解液相通，液态金属储存池和部分液态金属流控管内的液态金属流动至所述负电极电解液存储池所在位置的液态金属流控管；

S3：正电极线施加正电压，电解液遭到液态金属挤压并通过电解液回流管流至液态金属存储池的上方。

本发明基于电控原理，利用可编程开发板，独立控制每个负电极线，实现液态金属的流动及停止，从而实现其形状的可控及可重构；由于可编程开发板与电路连线均与液态金属流控管进行三维集成，使得本发明具有体积小的优势，非常适合用于可重构天线和滤波器等的设计。

附图说明

图1是本发明实施例用于重构液态金属的电控结构(不包括电路连接线和可编程开发板)的结构示意图；

图2是图1所示电控结构(包括电路连接线和可编程开发板)的示意图；

图3是图1所示电控结构控制液态金属停止在一负电极电解液存储池下、实现形状固定的示意图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的首选实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

如图1和图2所示，本发明一种用于重构液态金属的电控结构，其包括液态金属储存池10、与液态金属储存池10连接的液态金属流控管2、与液态金属储存池10内的液态金属连接的正电极线10、连接液态金属储存池10和液态金属流控管2的电解液回流管3、位于液态金属流控管2上的多个负电极电解液储存池、与对应负电极电解液储存池连接的多个负电极线、控制电极且与对应负电极线连接的多个电路连接线以及与多个电路连接线连接的可编程开发板15。

其中，液态金属位于液态金属储存池1中和部分液态金属流控管 2内；正电极线10与液态金属储存池1内的液态金属接触；液态金属流控管2的其余部分、电解液回流管3内以及多个负电极电解液储存池中充满电解液；当液态金属流动时，电解液回流管3供电解液回流。

其中，液态金属流控管2与液态金属存储池1的下部相连，电解液回流管3与液态金属存储池1的上部相连。

在本实施例中，电解液为碱溶液，具体为NaOH水溶液或KOH 水溶液。

液态金属流控管2包括靠近液态金属储存池10的前端11、与前端11连接的后端12以及与后端12连接的弯折端13，前端11和后端12位于同一个平面内，弯折端13与后端12之间具有角度，前端 11的长度不大于三分之一后端12的长度，液态金属流控管2的前端 11与液态金属储存池1连接，液态金属流控管2的前端11内具有液态金属，液态金属流控管2的弯折端13与电解液回流管3连接。

在本实施例中，负电极电解液储存池位于液态金属流控管2的后端11上，负电极电解液储存池具有三个，依序为第一负电极电解液储存池4、第二负电极电解液储存池5和第三负电极电解液储存池6。多个负电极线也具有三个，依序为与第一负电极电解液储存池4连接的第一负电极线7、与第二负电极电解液储存池5连接的第二负电极线8、以及与第三负电极电解液储存池6连接的第三负电极线9。多个电路连接线也具有三个，分别为与第一负电极线7连接的第一电路连接线12、与第二负电极线8连接的第二电路连接线13、以及与第三负电极线9连接的第三电路连接线14；第一电路连接线12、第二电路连接线13和第三电路连接线14均与可编程开发板15连接。

本发明通过每个负电极电解液存储池均与一个负电极线相连，该负电极线再与与之对应的电路连接线相连；控制电路线最终连接可编程开发板15，以此形成完整的控制电路。

在可编程开发板15的控制下，某一电路连接线(如第二电路连接线13)被加负电压，此时对应的负电极线(如第二负电极线8)也被加负电压，负电压通过第二负电极电解液存储池5与液态金属流控管2中的电解液相通，从而使得液态金属流动至如图3所示的位置16，即液态金属流动至第二负电极电解液存储池5所在位置的液态金属流控管2。以上情况下，正电极线10一直被加正电压。同时，这一过程中，电解液遭到液态金属挤压并通过电解液回流管3流至液态金属存储池1上方。

本发明一种液态金属的电控结构的重构方法，包括如下步骤：

S1：其中一个电路连接线(如第二电路连接线13)施加负电压，与该电路连接线所对应的负电极线(如第二负电极线8)也被加负电压；

S2：所述负电压通过所述负电极线所对应的负电极电解液存储池 (如第二负电极电解液存储池5)与液态金属流控管2中的电解液相通，液态金属储存池1和部分液态金属流控管2内的液态金属流动至所述负电极电解液存储池5所在位置16的液态金属流控管2，即液态金属流动至液态金属流控管2所在位置的第二电极电解液存储池5；

S3：正电极线10施加正电压，电解液遭到液态金属挤压并通过电解液回流管3流至液态金属存储池1的上方。

本发明在可编程开发板15的控制下，首先导通需要通电的负电极电解液存储池；然后，液态金属存储池中的液态金属通过液态金属流控管，流向已通电的负电极电解液存储池；液态金属流控管2中现有的电解液则通过电解液回流管3流回液态金属储存池1的上方。

本发明电控结构实现了液态金属形状渐进的、电可控的和可重构的；与相比于使用泵来控制液态金属流动，具有精度高，占用尺寸小等优势，非常适合用于可重构天线和滤波器等的设计；本发明实现了液态金属可以通过电控结构，使得形状被控制在其中一个负电极电解液存储池所处位置处，同时这一过程可逆，从而实现液态金属的电控结构的可重构。

本发明基于电控原理，利用可编程开发板，独立控制每个负电极线，实现液态金属的流动及停止，从而实现其形状的可控及可重构；由于可编程开发板与电路连线均与液态金属流控管进行三维集成，使得本发明具有体积小的优势，非常适合用于可重构天线和滤波器等的设计。

可以理解地，上述各个尺寸参数只是在本实施例中的一种优化设置，其不能作为限制本发明范围的理由，各个尺寸参数可以根据实际情况进行优化配置。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于重构液态金属的电控结构，其特征在于，其包括液态金属储存池、与所述液态金属储存池连接的液态金属流控管、正电极线、连接所述液态金属储存池和所述液态金属流控管的电解液回流管、位于液态金属流控管上的多个负电极电解液储存池、与对应负电极电解液储存池连接的多个负电极线、控制电极且与对应负电极线连接的多个电路连接线以及与多个电路连接线连接的可编程开发板；其中液态金属位于所述液态金属储存池中和部分液态金属流控管内，所述正电极线与液态金属储存池内的液态金属接触；所述液态金属流控管的其余部分、电解液回流管内以及多个负电极电解液储存池中充满电解液。

2.根据权利要求1所述的用于重构液态金属的电控结构，其特征在于：所述电解液为碱溶液。

3.根据权利要求2所述的用于重构液态金属的电控结构，其特征在于：所述碱溶液为NaOH水溶液。

4.根据权利要求2所述的用于重构液态金属的电控结构，其特征在于：所述碱溶液为KOH水溶液。

5.根据权利要求1所述的用于重构液态金属的电控结构，其特征在于：液态金属流控管与液态金属存储池的下部相连，电解液回流管与液态金属存储池的上部相连。

6.根据权利要求1所述的用于重构液态金属的电控结构，其特征在于：所述液态金属流控管包括靠近液态金属储存池的前端、与前端连接的后端以及与后端连接的弯折端，前端和后端位于同一个平面内，弯折端与后端之间具有角度。

7.根据权利要求6所述的用于重构液态金属的电控结构，其特征在于：前端的长度不大于三分之一后端的长度。

8.根据权利要求6所述的用于重构液态金属的电控结构，其特征在于：液态金属流控管的前端与液态金属储存池连接，液态金属流控管的前端内具有液态金属，液态金属流控管的弯折端与电解液回流管连接，多个负电极电解液储存池位于液态金属流控管2的后端11上。

9.根据权利要求1所述的用于重构液态金属的电控结构，其特征在于：负电极电解液储存池具有三个，依序为第一负电极电解液储存池、第二负电极电解液储存池和第三负电极电解液储存池；多个负电极线也具有三个，依序为与第一负电极电解液储存池连接的第一负电极线、与第二负电极电解液储存池连接的第二负电极线、以及与第三负电极电解液储存池连接的第三负电极线；多个电路连接线也具有三个，分别为与第一负电极线连接的第一电路连接线、与第二负电极线连接的第二电路连接线、以及与第三负电极线连接的第三电路连接线；第一电路连接线、第二电路连接线和第三电路连接线均与可编程开发板连接。

10.根据权利要求1-9任一所述用于重构液态金属的电控结构的重构方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：其中一个电路连接线施加负电压，与该电路连接线所对应的负电极线也被加负电压；

S2：所述负电压通过所述负电极线所对应的负电极电解液存储池与液态金属流控管中的电解液相通，液态金属储存池和部分液态金属流控管内的液态金属流动至所述负电极电解液存储池所在位置的液态金属流控管；

S3：正电极线施加正电压，电解液遭到液态金属挤压并通过电解液回流管流至液态金属存储池的上方。