Lustra i inne odblaskowe elementy optyczne są zwykle tworzone poprzez zastosowanie powłok optycznych lub procesów polerowania. Podejście naukowców, opracowane przez zespół kierowany przez Yuji Oki z Uniwersytetu Kysuhu we współpracy z zespołem z Uniwersytetu Stanowego Karoliny Północnej, kierowanego przez Michaela Dickeya, wykorzystywało elektrycznie napędzaną odwracalną reakcję chemiczną do stworzenia odblaskowej powierzchni na ciekłym metalu.

Przełączanie między stanem odbicia i rozpraszania można wykonać za pomocą zaledwie 1,4 V, mniej więcej tego samego napięcia, które jest używane do oświetlania typowej diody LED i w temperaturze otoczenia.

Naukowcy opracowali sposób na dynamiczne przełączanie powierzchni ciekłego metalu między stanami odbijającymi (górny lewy i dolny prawy) i rozpraszającymi (górny prawy i dolny lewy). Po przyłożeniu elektryczności odwracalna reakcja chemiczna utlenia ciekły metal, tworząc rysy, które powodują jego rozproszenie. Dzięki uprzejmości Keisuke Nakakubo z Uniwersytetu Kiusiu.

„W najbliższej przyszłości ta technologia może zostać wykorzystana do tworzenia narzędzi do rozrywki i ekspresji artystycznej, które nigdy wcześniej nie były dostępne” – powiedział Oki. „W miarę rozwoju może być możliwe rozszerzenie tej technologii na coś, co działa podobnie do drukowania 3D do produkcji elektronicznie sterowanej optyki wykonanej z ciekłych metali. Może to pozwolić na łatwe i niedrogie wytwarzanie elementów optycznych stosowanych w urządzeniach do badania stanu zdrowia opartych na świetle w obszarach świata, w których brakuje laboratoriów medycznych”.

W ramach pracy naukowcy stworzyli zbiornik za pomocą wbudowanego kanału przepływowego. Następnie zastosowali „metodę push-pull”, aby utworzyć powierzchnie optyczne poprzez pompowanie ciekłego metalu na bazie galu do zbiornika lub odsysanie go. Proces ten został wykorzystany do stworzenia wypukłych, płaskich lub wklęsłych powierzchni, z których każda ma inne właściwości optyczne.

Dzięki zastosowaniu elektryczności zespół wywołał odwracalną reakcję chemiczną, która utlenia ciekły metal w procesie zmieniającym objętość cieczy w taki sposób, że powstaje wiele drobnych rys na powierzchni, co powoduje rozpraszanie światła.

Gdy prąd zostanie przyłożony w przeciwnym kierunku, ciekły metal powraca do swojego pierwotnego stanu. Napięcie powierzchniowe ciekłego metalu usuwa rysy, przywracając go do czystego, lustrzanego stanu.

„Naszym zamiarem było wykorzystanie utleniania do zmiany napięcia powierzchniowego i wzmocnienia powierzchni ciekłego metalu” – powiedział Oki. „Jednak odkryliśmy, że w pewnych warunkach powierzchnia spontanicznie zmieni się w powierzchnię rozpraszającą. Zamiast uznać to za awarię, zoptymalizowaliśmy warunki i zweryfikowaliśmy zjawisko”.

Testy wykazały, że zmiana napięcia na powierzchni z -800 mV do +800 mV zmniejszy natężenie światła, gdy powierzchnia zmieni się z odbijającej na rozpraszającą. Pomiary elektrochemiczne wykazały, że zmiana napięcia o 1,4 V była wystarczająca do wytworzenia reakcji redoks z dobrą odtwarzalnością.

„Odkryliśmy również, że w pewnych warunkach powierzchnia może być lekko utleniona i nadal utrzymywać gładką, odbijającą powierzchnię” – powiedział Oki. „Kontrolując to, możliwe będzie tworzenie jeszcze bardziej zróżnicowanych powierzchni optycznych przy użyciu tego podejścia, które może prowadzić do zastosowań w zaawansowanych urządzeniach, takich jak chipy biochemiczne, lub być wykorzystywane do tworzenia elementów optycznych drukowanych w 3D”.