Spiegels en andere reflecterende optische componenten worden meestal gemaakt door het gebruik van optische coatings of polijstprocessen. De aanpak van de onderzoekers, ontwikkeld door een team onder leiding van Yuji Oki van de Kysuhu University in samenwerking met een team van de North Carolina State University onder leiding van Michael Dickey, maakte gebruik van een elektrisch aangedreven omkeerbare chemische reactie om een ​​reflecterend oppervlak op het vloeibare metaal te creëren.

Schakelen tussen de reflecterende en verstrooiende toestanden kan worden gedaan met slechts 1,4 V, ongeveer dezelfde spanning die wordt gebruikt om een ​​typische LED te verlichten, en bij omgevingstemperaturen.

Onderzoekers hebben een manier ontwikkeld om het oppervlak van vloeibaar metaal dynamisch te schakelen tussen reflecterende (linksboven en rechtsonder) en verstrooiingstoestanden (rechtsboven en linksonder). Wanneer elektriciteit wordt toegepast, oxideert een omkeerbare chemische reactie het vloeibare metaal, waardoor krassen ontstaan ​​die het metaal doen verstrooien. Met dank aan Keisuke Nakakubo, Kyushu University.

"In de nabije toekomst kan deze technologie worden gebruikt om tools voor entertainment en artistieke expressie te creëren die nog nooit eerder beschikbaar waren", zei Oki. "Met meer ontwikkeling is het misschien mogelijk om deze technologie uit te breiden tot iets dat veel lijkt op 3D-printen voor het produceren van elektronisch gestuurde optica gemaakt van vloeibare metalen. Dit zou het mogelijk kunnen maken dat de optica die wordt gebruikt in op licht gebaseerde gezondheidstestapparatuur gemakkelijk en goedkoop kan worden gefabriceerd in delen van de wereld die geen medische laboratoriumfaciliteiten hebben.”

In het werk creëerden de onderzoekers een reservoir met behulp van een ingebed stroomkanaal. Vervolgens gebruikten ze een "push-pull-methode" om optische oppervlakken te vormen door op gallium gebaseerd vloeibaar metaal in het reservoir te pompen of het eruit te zuigen. Dit proces werd gebruikt om convexe, platte of concave oppervlakken te creëren, elk met verschillende optische kenmerken.

Door de toepassing van elektriciteit veroorzaakte het team een ​​omkeerbare chemische reactie, die het vloeibare metaal oxideert in een proces dat het volume van de vloeistof zodanig verandert dat er veel kleine krasjes op het oppervlak ontstaan, waardoor licht wordt verstrooid.

Wanneer elektriciteit in de tegenovergestelde richting wordt toegepast, keert het vloeibare metaal terug naar zijn oorspronkelijke staat. De oppervlaktespanning van het vloeibare metaal verwijdert de krassen en brengt het terug naar een schone reflecterende spiegel.

"Onze bedoeling was om oxidatie te gebruiken om de oppervlaktespanning te veranderen en het oppervlak van het vloeibare metaal te versterken," zei Oki. “We ontdekten echter dat het oppervlak onder bepaalde omstandigheden spontaan zou veranderen in een verstrooiend oppervlak. In plaats van dit als een mislukking te beschouwen, hebben we de omstandigheden geoptimaliseerd en het fenomeen geverifieerd.”

Tests toonden aan dat het veranderen van de spanning op het oppervlak van -800 mV naar +800 mV de lichtintensiteit zou verminderen als het oppervlak veranderde van reflecterend naar verstrooiend. Uit de elektrochemische metingen bleek dat een spanningsverandering van 1,4 V voldoende was om redoxreacties met goede reproduceerbaarheid te creëren.

"We ontdekten ook dat het oppervlak onder bepaalde omstandigheden enigszins kan oxideren en toch een glad reflecterend oppervlak kan behouden", zei Oki. "Door dit te beheersen, is het misschien mogelijk om met deze aanpak nog meer diverse optische oppervlakken te creëren die kunnen leiden tot toepassingen in geavanceerde apparaten zoals biochemische chips of die kunnen worden gebruikt om 3D-geprinte optische elementen te maken."