据外媒报道, 卡内基梅隆大学的科学家们正在开发一种基于在室温下呈液态的铟镓合金材料的流体晶体管 (Fluidic Transistor) , 且有望开辟一门质感柔软自然的机械工程电子学. 其可被运用到生物相容的疾病监测, 形变机器人, 甚至 '黏糊糊' 的计算机等趣味领域. 在此之前, 液体电子的示例仅有一个小玻璃管的汞珠, 它可以在两卷导线之间闭合开关.
在室温下呈液态的铟镓合金, 有望被拿来打造可伸缩电路布线和电气开关 (图自: 卡内基梅隆大学工程学院)
与之相比, 使用无毒合金材料打造的液体晶体管, 其结构要复杂得多. 但我们可以将它植入橡胶, 打造出柔软的, 可伸缩的电路.
图1: '液态金属晶体管' 一瞥
前面介绍的那个水银开关, 需要倾斜玻璃管来闭合电路. 但是卡内基梅隆研究人员开发的这种流体晶体管, 可以通过给金属液滴施加不同方向的电压, 来实现开关的通断.
当它们向着一个方向流动的时候, 液滴结合就会导致电路的闭合. 如果它们朝着不同的方向, 那液滴就会分离, 电路也就开路了. 该校软机实验室的Carmel Majidi和James Wissman两位研究员表示:
图2: 液滴聚结和分离行为的总结.
由于毛细现象的不稳定性, 只需交替地打开和闭合开关, 就可以让它模仿一个晶体管的行为. 困难之处在于诱发的不稳定, 然后液滴会合二为一, 又无缝地变回去.
我们总能见到毛细管的不稳定性, 如果你打开水龙头, 且流通量很低, 有时能见到它从恒流变成了单独的液滴, 这种现象就被称作瑞利不稳度 (Rayleigh instability) .
图3: 表面张力的梯度模拟演化
Majidi表示: '我们可以在场效应晶体管的源极和栅极设置两种类似的液滴, 利用这种形状可编程的效果来打开和关闭电路. 最终, 我们可以利用这种效应来打造这些本体可重新配置的电路' .
研究人员称, 新型流体晶体管为微型计算机开辟了新的前景, 比如可直接与身体组织接触的生物相容性, 使之能够用于疾病监控, 帮助中风患者恢复其大脑功能. 此外, 液体电路允许材料被重新配置, 改变其功能或绕过受损区域.
图4: 有关液滴分离的结果
Majidi补充道: '结构体型可以发生很大的变化, 比如模仿鸟类的一台飞行机器人. 当它张开翅膀的时候, 你会想要翅膀上的电路也变形和重新配置, 使它们保持或支持其它类型的电气功能' .
有关这项研究的详情 (Field-Controlled Electrical Switch with Liquid Metal) , 已经发表在近日出版的《先进科学》 (Advanced Science) 期刊上.
