據外媒報道, 卡內基梅隆大學的科學家們正在開發一種基於在室溫下呈液態的銦鎵合金材料的流體晶體管 (Fluidic Transistor) , 且有望開闢一門質感柔軟自然的機械工程電子學. 其可被運用到生物相容的疾病監測, 形變機器人, 甚至 '黏糊糊' 的計算機等趣味領域. 在此之前, 液體電子的示例僅有一個小玻璃管的汞珠, 它可以在兩卷導線之間閉合開關.
在室溫下呈液態的銦鎵合金, 有望被拿來打造可伸縮電路布線和電氣開關 (圖自: 卡內基梅隆大學工程學院)
與之相比, 使用無毒合金材料打造的液體晶體管, 其結構要複雜得多. 但我們可以將它植入橡膠, 打造出柔軟的, 可伸縮的電路.
圖1: '液態金屬晶體管' 一瞥
前面介紹的那個水銀開關, 需要傾斜玻璃管來閉合電路. 但是卡內基梅隆研究人員開發的這種流體晶體管, 可以通過給金屬液滴施加不同方向的電壓, 來實現開關的通斷.
當它們向著一個方向流動的時候, 液滴結合就會導致電路的閉合. 如果它們朝著不同的方向, 那液滴就會分離, 電路也就開路了. 該校軟機實驗室的Carmel Majidi和James Wissman兩位研究員表示:
圖2: 液滴聚結和分離行為的總結.
由於毛細現象的不穩定性, 只需交替地開啟和閉合開關, 就可以讓它模仿一個晶體管的行為. 困難之處在於誘發的不穩定, 然後液滴會合二為一, 又無縫地變回去.
我們總能見到毛細管的不穩定性, 如果你開啟水龍頭, 且流通量很低, 有時能見到它從恒流變成了單獨的液滴, 這種現象就被稱作瑞利不穩度 (Rayleigh instability) .
圖3: 表面張力的梯度類比演化
Majidi表示: '我們可以在場效應晶體管的源極和柵極設置兩種類似的液滴, 利用這種形狀可編程的效果來開啟和關閉電路. 最終, 我們可以利用這種效應來打造這些本體可重新配置的電路' .
研究人員稱, 新型流體晶體管為微型計算機開闢了新的前景, 比如可直接與身體組織接觸的生物相容性, 使之能夠用於疾病監控, 幫助中風患者恢複其大腦功能. 此外, 液體電路允許材料被重新配置, 改變其功能或繞過受損區域.
圖4: 有關液滴分離的結果
Majidi補充道: '結構體型可以發生很大的變化, 比如模仿鳥類的一台飛行機器人. 當它張開翅膀的時候, 你會想要翅膀上的電路也變形和重新配置, 使它們保持或支援其它類型的電氣功能' .
有關這項研究的詳情 (Field-Controlled Electrical Switch with Liquid Metal) , 已經發表在近日出版的《先進科學》 (Advanced Science) 期刊上.
