為了努力研發(fā)出一種柔軟如自然生物的新型電子材料，卡內(nèi)基梅隆大學(xué)(Carnegie Mellon University)的機(jī)械工程師們正在研發(fā)一種流體晶體管，這種晶體管是由銦和鎵的金屬合金制成，在室溫下呈現(xiàn)出液態(tài)。據(jù)雷鋒網(wǎng)了解,這些粘糊糊的液態(tài)晶體管未來或許會(huì)應(yīng)用在生物相容的疾病監(jiān)測(cè)儀、變形機(jī)器人等領(lǐng)域。

流體晶體管，通過改變金屬液滴以控制電路

據(jù)雷鋒網(wǎng)了解，最近出現(xiàn)了一例液態(tài)電子產(chǎn)品，它是由微型玻璃管組成的微型開關(guān)，其內(nèi)部有一個(gè)水銀珠，當(dāng)它在兩根電線之間滾動(dòng)時(shí)，它就會(huì)關(guān)閉開關(guān)。從本質(zhì)上講，流體晶體管是一種更復(fù)雜的開關(guān)，它是由一種液態(tài)金屬合金制成的并且不帶有毒性，所以它可以被注入到橡膠中來制造柔軟的、可伸縮的電路。

與水銀開關(guān)不同的是，傾斜的小瓶關(guān)閉電路，流體晶體管的工作原理是通過電壓的方向開啟和關(guān)閉金屬液滴之間的連接。當(dāng)它向一個(gè)方向流動(dòng)時(shí)，液滴結(jié)合，電路閉合。如果它以另一種方式流動(dòng)，液滴分裂，電路就會(huì)打開。

卡內(nèi)基梅隆大學(xué)(Carnegie Mellon)軟機(jī)器實(shí)驗(yàn)室的研究人員卡梅爾·馬吉迪(Carmel Majidi)和詹姆斯·威斯曼(James Wissman)表示，由于毛細(xì)血管不穩(wěn)定的現(xiàn)象，交流開關(guān)的開啟和關(guān)閉使它能夠模擬晶體管。其困難的部分是會(huì)引起不穩(wěn)定性，所以液滴從兩種變化為一種，然后直至看起來天衣無縫。

“我們一直都能看到毛細(xì)血管不穩(wěn)定，”Majidi這樣解釋關(guān)于不穩(wěn)定的現(xiàn)象。“如果你打開水龍頭，流速非常低，有時(shí)你會(huì)看到從穩(wěn)定流到單個(gè)液滴的轉(zhuǎn)變。”這叫做瑞利不穩(wěn)定性。

雷鋒網(wǎng)獲悉，通過測(cè)試氫氧化鈉浴中的液滴，工程師們發(fā)現(xiàn)電壓和電化學(xué)反應(yīng)之間存在一種關(guān)系，電壓在液滴表面的氧化過程中產(chǎn)生了梯度，改變了表面張力，導(dǎo)致液滴分裂成兩個(gè)。更重要的是，開關(guān)的性能就像晶體管一樣。

馬吉迪說:“我們有這兩個(gè)液滴，類似于一個(gè)場(chǎng)效應(yīng)晶體管的源和漏極，我們可以利用這個(gè)形狀可編程的效果來打開和關(guān)閉電路?！薄澳阕罱K可以使用這種效應(yīng)來創(chuàng)建這些物理可重構(gòu)電路?！?/p>

銦鎵晶體管或應(yīng)用于疾病監(jiān)測(cè)、形變機(jī)器人等新領(lǐng)域

研究人員說，新型的流體晶體管開啟了微型液體計(jì)算機(jī)的前景，這種微型液體計(jì)算機(jī)可以與人體組織直接接觸，作為疾病監(jiān)測(cè)或幫助中風(fēng)患者恢復(fù)大腦功能。據(jù)雷鋒網(wǎng)了解，除此之外，液體電路可以使材料重新配置，以改變其功能或繞過受損區(qū)域。

Majidi表示，“它可能是在一個(gè)正在經(jīng)歷一些非常大的物理變形的結(jié)構(gòu)上，就像一個(gè)飛行機(jī)器人模仿鳥類的特性，當(dāng)它展開翅膀的時(shí)候，你希望機(jī)翼上的電路也可以變形和重新配置，這樣它們就能運(yùn)行或支持一些新的電子功能。”因此，電路的變形和重新配置，能夠賦予未來機(jī)器人變形的能力。因而，它或許能夠開辟出形變機(jī)器人等新領(lǐng)域的探索之路。

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