فلز مایع در آینده می‌تواند باعث تحولی چشمگیر در حوزه فناوری‌ شود

کاغذ یکی از اشیایی است که به‌صورت روزانه در محیط کار و خانه از آن استفاده می‌کنیم. در آینده ممکن است با پوشاندن کاغذ توسط نوعی فناوری فلز مایع جدید، بتوان ویژگی‌های جدیدی به آن اضافه و آن را تبدیل به گجتی هوشمند کرد تا برخی از وظایف خاص را به تنهایی انجام دهد.

براساس گزارش Ars Technica، فلز مایع در حال حاضر در اشیای هوشمند مانند مدارهای الکتریکی و حسگرهای پوشیدنی استفاده می‌شود؛ ولی در آینده ممکن است این فناوری به عنوان روکِشی روی اشیای معمولی استفاده شود تا بتواند قابلیت‌های خارق‌العاده به آن‌ها اضافه کند. تیمی از دانشمندان به رهبری بو یوان از دانشگاه تسینگ‌هُوا در چین راهی پیدا کردند تا به‌وسیله‌ی آن بتوانند رفتار فلز مایع را فورموله کنند.

این دانشمندان توانستند فلز مایع را بدون چسب یا هیچ ماده واسطه دیگری به کاغذ بچسبانند، کاری که تا پیش از این امکان‌پذیر نبود. در مقاله‌ای که اخیراً در نشریه Cell منتشر شده است، دانشمندان کاغذی را که با لایه‌ای از این فلز مایع پوشانده شده بود، به یکی از اشکال اوریگامی در آوردند. روکِش فلزی، باعث به وجود آمدن اثر حافظه در این تکه کاغذ شد، به گونه‌ای که پس از باز کردن تاشدگی‌های اوریگامی، این کاغذ دوباره توانست به‌صورت خودکار به شکل اوریگامی اولیه تا بخورد. این روکِش فلزی همچنین باعث بهبود توانایی انتقال گرما و الکتریسیته در کاغذ شد.

جاذبه بین ذرات فلز مایع، باعث می‌شود تا این ذرات در کنار هم قرار بگیرند، این خاصیت باعث می‌شود بدون استفاده از موادی که مانند چسب عمل می‌کنند، چسباندن فلز مایع به سطوح دیگر دشوار باشد؛ اما این مواد چسبنده عمدتاً روی خواص فلز، مانند رسانایی آن تأثیر منفی می‌گذارند. بو یوان به همراه تیمش به دنبال ساخت فلز مایعی بودند که بتواند بدون استفاده از مواد چسبناک به کاغذ بچسبد. آن‌ها بدین منظور در آزمایشگاه آلیاژی از عناصری چون بیسموت، ایندیم و اکسید قلع (BiInSn) ساختند و ویژگی چسبندگی آن را با آلیاژ ایندیم/گالیوم (eGaIn) مقایسه کردند.

آلیاژ BiInSn عملکرد بهتری نسبت به آلیاژ eGaIn داشت، BiInSn با قرار گرفتن در معرض هوای محیط اکسید نمی‌شد؛ بنابراین در این آلیاژ میزان چسبندگی به سطوح دیگر، به لایه‌ی اکسیدی که روی فلز تشکیل می‌شد وابسته نبود.

آلیاژ BiInSn در دمای اتاق جامد است و از آن‌جایی که دمای ذوب آن ۶۲ درجه سانتیگراد است، خطر ذوب و تغییر حالت آن به مایع در دمای اتاق وجود ندارد؛ همچنین این آلیاژ قابلیت چسبندگی قوی‌تری نسبت به آلیاژ eGaIn دارد. البته تعیین میزان دقیق عناصر استفاده شده در این آلیاژ به منظور دست‌یابی به چسبندگی بهینه به آزمون و خطای زیادی نیاز داشت.

بو یوان در مصاحبه‌ای که با Ars Technica داشت، تصریح کرد که: «باید از چسبندگی یکنواخت و پایداری پوشش فلز مایع روی کاغذهای با اندازه‌های بزرگ‌تر اطمینان حاصل می‌کردیم.» وی در ادامه افزود: «برای دستیابی به چسبندگی سریع در مقیاس بزرگ و پایدار، فشار اعمال‌شده روی کاردک و همچنین سرعت مالشِ کاردک را در آزمایش‌های مختلف تغییر دادیم تا در نهایت به مناسب‌ترین پارامترها برای آغشته کردن کاغذ به آلیاژ فلز مایع دست پیدا کردیم.»

محققان پس از انجام آزمایش‌های مختلف جهت آغشته کردن کاغذ به آلیاژ فلز مایع و وارد کردن فشارهای با میزان متفاوت به کاردک، در نهایت دریافتند که برای ایجاد روکِش فلز مایع روی کاغذ به نیازی ایجاد فشار زیاد روی کاردک نیست. آن‌ها سپس از کاغذ روکش‌شده با آلیاژ BiInSn، مکعب اریگامی ساختند. لبه‌های این مکعب بدون هیچ چسب یا ماده اتصال‌دهنده دیگری، صرفاً به دلیل خاصیت چسبندگی آلیاژ BiInSn، به یکدیگر چسبیدند.

محققان همچنین مشاهده کردند که وقتی مکعب اریگامی ساخته‌شده، به شکل کاغذ مسطح باز شد، کاغذ روکش‌شده با آلیاژ توانست دوباره خودش را به شکل مکعب اریگامی تا کند. از آنجا که آلیاژ BiInSn خاصیت چسبندگی داشت، لبه‌های این مکعب که باز شده بودند دوباره یکدیگر را جذب کردند و بار دیگر مکعب اریگامی به شکل اولیه‌اش درآمد.

ساختار دیگری که محققان سعی کردند با کمک کاغذ روکش شده با آلیاژ BiInSn ایجاد کنند، فنری بود که می‌شد آن را کشید یا حتی فشرده کرد ولی در انتها با حذف کشش یا فشار، به اندازه‌ای که در ابتدا داشت باز می‌گشت.

همچنین محققان این امکان را داشتند تا ساختارهای سه بعدی ساده را با استفاده از اتصال تکه‌های جداگانه این کاغذ آلیاژی به یکدیگر بسازند. این ساختارهای سه بعدی می‌توانست شکل خود را به دلیل خاصیت چسبندگی آلیاژ BiInSn، حفظ کند. همچنین در انتها این امکان وجود داشت تا روکشِ آلیاژی را بدون آسیب زدن به بستر کاغذی، از آن جدا کرد. این روکش جداشده بدون از دست دادن هیچ‌یک از خواص و ویژگی‌های خود، قابلیت بازیافت و استفاده دوباره داشت. به گونه‌ای که کافی بود این روکِش جدا شده را با رساندن به دمای ذوبش به حالت مایع تبدیل کرد و آن را دوباره به عنوان روکِش آلیاژی روی سطح کاغذ جدیدی استفاده کرد.

بو یوان فکر می‌کند که ساخت آلیاژ فلز مایع با قابلیت چسبندگی به سطوح، یک پیشرفت بزرگ است. زیرا اگر امکان استفاده از این آلیاژ روی کاغذ وجود دارد، به احتمال بسیار می‌توان آن را روی سایر متریال‌های نازک و سبک وزن برای ایجاد اشیای هوشمند و یا حتی ربات‌های کوچک استفاده کرد. هدف بعدی که بو یوان و تیمش به دنبال آن هستند، ساخت روکش آلیاژی است که در آن فلز مایع پس از جامد شدن روی سطح مورد نظر، دیگر امکان جدا شدن از آن سطح را نداشته باشد. همچنین او و تیمش در حال آزمایش و ساخت نوعی اسپری رنگ بدون ضرر برای محیط زیست هستند تا با استفاده از آن، عمر و دوام روکِش آلیاژی روی سطوح را در شرایط سخت مانند زیر آب یا حتی سیارات و قمرهای دیگر، افزایش دهند. در آینده این فناوری می‌تواند در صنایع بسته‌بندی و پزشکی استفاده شود، جعبه‌های بسته بندی را تصور کنید که مانند مکعب اوریگامی آزمایش کاغذ روکش‌دار به صورت خودکار باز و بسته می‌شوند یا حتی باندها و چسب زخم‌هایی که از روی پوست انسان بدون ایجاد درد جدا می‌شوند.

این فناوری در آینده احتمالاً در زمینه طراحی ربات‌های انعطاف‌پذیر که خارج در از کره زمین فعالیت می‌کنند کاربردهای زیادی خواهد داشت. برخی از این ربات‌های انعطاف‌پذیر می‌توانند در شکاف‌های عمیق‌ترین نقاط اقیانوس‌ها به کاوش بپردازند، جایی که اغلب فشار آب برای انسان بسیار زیاد و فضا برای استفاده از ماشین‌آلات دریایی بزرگ، بسیار کوچک است.

این ربات‌های انعطاف‌پذیر می‌توانند به کاوش غارها و حفره‌های زیر سطحی سیاره‌های دیگر، مانند مریخ بپردازند. این ربات‌ها احتمالاً به مکان‌هایی از سیارات دسترسی خواهند داشت که در حال حاضر ربات‌های سیاره‌نورد بزرگ به آن دسترسی ندارند.

در انتها بو یوان در این مصاحبه گفت «با توسعه این فناوری که در حال حاضر در ابتدای راه آن هستیم، در آینده می‌توانیم موادی با رسانایی حرارتی و الکتریکی خوب تولید کنیم که در عین حال از مقاومت خوبی در برابر نیروها و تنش‌های فیزیکی نیز برخوردار باشند. این مزیت‌ها در نهایت می‌تواند به ساخت ربات‌های انعطاف‌پذیر منجر شود، من فکر می‌کنم که این فناوری ممکن است مسیر جدید در طراحی کاوشگرهای فضایی فراهم کند.»