自由落体微重力环境下液态金属自发转化的同步观测

室温液态金属异常高的表面张力使其成为多种新兴领域中的独特材料。然而，与在地球上的应用不同，这种金属流体在重力消失且表面特性主导主要物理规律的空间中工作时，会表现出截然不同的行为。迄今为止，几乎没有直接证据可用于理解这种效应，这阻碍了液态金属在空间应用的进一步探索。为了初步探究这一引人入胜的问题，本文提出了一种低成本的实验策略，通过采用具有足够长自由落体距离的桥梁作为测试平台，在地球上模拟微重力环境。然后，在装有液态金属及相关溶液的透明容器外壁上，沿 x、y、z 方向安装数码相机，对液态金属的瞬态流动和转化活动进行同步观测。同时，采用无人机从远端记录测试舱的整个自由落体动力学过程，这有助于验证后续的实验程序。由此观察到一系列典型的基本现象：(a) 如果开始自由落体，一个相对较大的液态金属物体会自发地从其原始的平面池状态转变为球体并漂浮在容器中；(b) 由于测试舱自由落体和反弹引起的动态微重力强度变化，液态金属改变了其三维形状；(c) 通过外部电场可以轻易诱导浸没在溶液中的液态金属发生快速空间转化。本文解释了空间中表面张力驱动的液态金属致动机制。所有这些发现表明，在开发未来一代液态金属空间技术时，应充分考虑微重力效应。