CN114263594A - 一种基于压力与电压的液态金属动态驱动方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于压力与电压的液态金属动态驱动方法，包括如下步骤：在液态金属的微流道中注入氧化溶液；在液态金属与氧化溶液之间施加预定电压来去除所述氧化层，且保持液态金属与氧化溶液之间施加电压；向微流道施加预定外力，在外力作用下令微流道内供液态金属流动的通道形状发生改变，进而使液态金属的形态在微流道的通道变形限制下而改变；撤去液态金属与氧化溶液之间施加电压。本发明液态金属表面氧化层通过施加电压去除，不会持续消耗溶液，提高了使用寿命且通过微流道形状的改变间接驱动液态金属形态变化，也避免了电解气体的产生，提高了液态金属驱动的可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及液态金属驱动技术领域，特别涉及一种基于压力与电压的液态金属动态驱动方法。
背景技术
液态金属由于其具备低熔点与高导电性，在室温或接近室温条件下呈现液体形态，利用液体流动性引导形态变化，其良好的导电特性使得在电磁特性重构方面有着重要的应用价值与潜力，其中常用的镓基液态金属由于其无毒特性是主要的液态金属材料，然而镓基液态金属在空气环境下会发生表面氧化，形成表面氧化层，会固定液态金属状态、阻碍液态金属的运动，同时氧化层易与周围介质环境形成粘连，非常不便于液态金属的驱动。
现有液态金属驱动通常采用电化学方法，将液态金属置入酸碱性液态环境，用化学反应的方法去除液态金属表面氧化层，使液态金属恢复易形变特性，并通过电压控制液态金属表面张力，从而达到控制液态金属形态变化的目的。
然而，液态金属表面会持续氧化产生氧化层，为了去除氧化层酸碱溶液会持续消耗，一旦酸碱溶液浓度不足与去除生成的氧化层时，液态金属的形态在氧化层的作用下会固化，导致液态金属难以通过电压控制液态金属形态变化，影响使用寿命。此外，在电化学驱动过程中，部分过程驱动电压高，酸碱溶液会发生电解反应，从而产生气体，气体会导致电学连接断路，导致器件可靠性降低，同时封闭器件中的气体也影响器件可靠性与结构设计。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种解决现有技术问题的基于压力与电压的液态金属动态驱动方法。
为实现上述目的，本发明的基于压力与电压的液态金属动态驱动方法，包括如下步骤：
1)在液态金属的微流道中注入氧化溶液；其中，常态下液态金属在氧化溶液中会在液态金属表面形成氧化层；
2)在液态金属与氧化溶液之间施加预定电压来去除所述氧化层，且保持液态金属与氧化溶液之间施加电压；
3)向微流道施加预定外力，在外力作用下令微流道内供液态金属流动的通道形状发生改变，进而使液态金属的形态在微流道的通道变形限制下而改变；
4)撤去液态金属与氧化溶液之间施加电压。
进一步，所述氧化溶液为中性溶液、弱酸溶液或弱碱溶液。
进一步，所述中性溶液为NaF水溶液、KaF水溶液或NaCl水溶液。
进一步，在所述氧化溶液为弱酸溶液或弱碱溶液时，弱酸溶液或弱碱溶液不会与所述氧化层反应。
进一步，所述液态金属与氧化溶液之间施加的预定电压小于液态金属与氧化溶液发生电解反应所施加的电压。
进一步，微流道中设置有与液态金属连接的第一电极和与所述氧化溶液连接的第二电极，通过所述第一电极和所述第二电极在所述液态金属与所述氧化溶液之间施加预定电压。
进一步，所述微流道包括基底和密封结构，所述密封结构封装在所述基底上，所述基底和所述密封结构之间相互间隔以形成供液态金属流动的通道，所述基底或所述密封结构由可形变材料制成。
进一步，在所述基底和/或所述密封结构上施加预定压力或拉力，使微流道内供液态金属流动的通道形状发生改变。
本发明通过在液态金属与溶液间施加电压，可以去除液态金属表面的氧化层，恢复液态金属表面重构能力，然后通过向微流道施加外力使微流道的通道形状发生改变，进而使液态金属的形态在微流道的通道变形限制下而改变，最后撤去外加电压，使变形后的液态金属的表面形成氧化层，保持液态金属形态稳定。本发明液态金属表面氧化层的去除不会持续消耗溶液，提高了使用寿命且通过微流道形状的改变间接驱动液态金属形态变化，也避免了电解气体的产生，提高了液态金属驱动的可靠性。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一实施例基于压力与电压的液态金属动态驱动方法的流程图；
图2A-2D为本发明一实施例液态金属动态驱动方法各步骤液态金属在微流道中形态变化示意图。
具体实施方式
现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施方式使得本发明将更加全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。
此外，所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本发明的实施例的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本发明的技术方案而没有特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组元、装置、步骤等。在其它情况下，不详细示出或描述公知方法、装置、实现或者操作以避免模糊本发明的各方面。
附图中所示的流程图仅是示例性说明，不是必须包括所有的内容和操作/步骤，也不是必须按所描述的顺序执行。例如，有的操作/步骤还可以分解，而有的操作/步骤可以合并或部分合并，因此实际执行的顺序有可能根据实际情况改变。
如图1所示，本发明的基于压力与电压的液态金属动态驱动方法，包括如下步骤：
步骤S110：在液态金属的微流道中注入氧化溶液；其中，常态下液态金属在氧化溶液中会在液态金属表面形成氧化层。
步骤S120：在液态金属与氧化溶液之间施加预定电压来去除所述氧化层，且保持液态金属与氧化溶液之间施加电压。
步骤S130：向微流道施加预定外力，在外力作用下令微流道内供液态金属流动的通道形状发生改变，进而使液态金属的形态在微流道的通道变形限制下而改变。
步骤S140：撤去液态金属与氧化溶液之间施加电压。
在本发明一实施例中，如图2A所示，步骤S110中液态金属2采用镓基液态金属，氧化溶液1采用中性溶液NaF水溶液。微流道的通道中注满氧化溶液1，处于氧化溶液1中的液态金属2的表面会生成氧化层7。由于在液态金属2表面形成有氧化层7，液态金属2的形态在氧化层7的作用下保持固定。在微流道内注入的氧化溶液不限于NaF水溶液，也可以选用其他中性溶液，例如KaF水溶液、NaCl水溶液等。此外，氧化溶液1不仅可以采用中性溶液，也可以选用弱酸溶液或弱碱溶液，例如醋酸、NH4OH，仅需保证弱酸或弱碱溶液不会与液态金属2表面形成的氧化层发生反应即可。
在本发明一实施例中，如图2B所示，步骤S120中在液态金属2与氧化溶液1之间施加预定电压可以在液态金属2表面去除氧化层7。液态金属2在去除氧化层7后，液态金属2重构能力恢复，便于进行后续的液态金属形态的驱动。氧化层7通过施加电压来去除，不会持续消耗氧化溶液，在一定程度上提高了使用寿命。微流道中设置有与液态金属2连接的第一电极3和与所述氧化溶液1连接的第二电极4，通过所述第一电极3和所述第二电极4在所述液态金属2与所述氧化溶液1之间施加预定电压。且液态金属2与氧化溶液1之间施加的预定电压小于电解反应所施加的电压，可以避免在微流道中产生气体，导致电学连接断路，影响氧化层的去除，提高了液态金属驱动的可靠性。施加的电压可以为直流电压，也可以为交流电压，本发明并不以此为限制。
在本发明一实施例中，如图2C所示，步骤S130中微流道采用可形变材料制成，通过在微流道上施加外力，例如压力或者拉力可以改变微流道中供液态金属流动的通道形状，进而通过微流道形状的改变对其中的液态金属2施加正/负压力引导周围结构形变，实现对液态金属2形态进行重构，达到目标状态。举例来说，所述微流道包括基底6和密封结构5，所述密封结构5封装在所述基底6上，所述基底6和所述密封结构5之间相互间隔以形成供液态金属流动的通道，所述基底6和所述密封结构5由可形变材料制成，基底6和密封结构5所选用的可形变材料相同或不同，例如PET、PEN等。基底6和密封结构5采用不同形变材料，可以使微流道内通道形状有更多变化，进而使液态金属的形态有更多变化。
在本发明一实施例中，如图2D所示，在液态金属2的形态达到目标状态后，撤去液态金属2与氧化溶液1之间所施加电压，液态金属2的表面重新形成氧化层，改变形态后的液态金属2在氧化层作用下重新保持形态固定，实现改变形态后液态金属的状态稳定。
综上，本发明通过在液态金属与溶液间施加电压，可以去除液态金属表面的氧化层，恢复液态金属表面重构能力，然后通过向微流道施加外力使微流道的通道形状发生改变，进而使液态金属的形态在微流道的通道变形限制下而改变，最后撤去外加电压，使变形后的液态金属的表面形成氧化层，保持液态金属形态稳定。本发明液态金属表面氧化层的去除不会持续消耗溶液，提高了使用寿命且通过微流道形状的改变间接驱动液态金属形态变化，也避免了电解气体的产生，提高了液态金属驱动的可靠性。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。
应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。
Claims (8)
1.一种基于压力与电压的液态金属动态驱动方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)在液态金属的微流道中注入氧化溶液；其中，常态下液态金属在氧化溶液中会在液态金属表面形成氧化层；
2)在液态金属与氧化溶液之间施加预定电压来去除所述氧化层，且保持液态金属与氧化溶液之间施加电压；
3)向微流道施加预定外力，在外力作用下令微流道内供液态金属流动的通道形状发生改变，进而使液态金属的形态在微流道的通道变形限制下而改变；
4)撤去液态金属与氧化溶液之间施加电压。
2.如权利要求1所述的液态金属动态驱动方法，其特征在于，所述氧化溶液为中性溶液、弱酸溶液或弱碱溶液。
3.如权利要求2所述的液态金属动态驱动方法，其特征在于，所述中性溶液为NaF水溶液、KaF水溶液或NaCl水溶液。
4.如权利要求2所述的液态金属动态驱动方法，其特征在于，在所述氧化溶液为弱酸溶液或弱碱溶液时，弱酸溶液或弱碱溶液不会与所述氧化层反应。
5.如权利要求1所述的液态金属动态驱动方法，其特征在于，所述液态金属与氧化溶液之间施加的预定电压小于液态金属与氧化溶液发生电解反应所施加的电压。
6.如权利要求1所述的液态金属动态驱动方法，其特征在于，微流道中设置有与液态金属连接的第一电极和与所述氧化溶液连接的第二电极，通过所述第一电极和所述第二电极在所述液态金属与所述氧化溶液之间施加预定电压。
7.如权利要求1所述的液态金属动态驱动方法，其特征在于，所述微流道包括基底和密封结构，所述密封结构封装在所述基底上，所述基底和所述密封结构之间相互间隔以形成供液态金属流动的通道，所述基底或所述密封结构由可形变材料制成。
8.如权利要求7所述的液态金属动态驱动方法，其特征在于，在所述基底和/或所述密封结构上施加预定压力或拉力，使微流道内供液态金属流动的通道形状发生改变。
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