Espelhos e outros componentes ópticos reflexivos são normalmente criados por meio do uso de revestimentos ópticos ou processos de polimento. A abordagem dos pesquisadores, desenvolvida por uma equipe liderada por Yuji Oki da Kysuhu University em colaboração com uma equipe da North Carolina State University liderada por Michael Dickey, usou uma reação química reversível eletricamente acionada para criar uma superfície reflexiva no metal líquido.

Alternar entre os estados reflexivo e espalhamento pode ser feito com apenas 1,4 V, aproximadamente a mesma voltagem usada para iluminar um LED típico, e em temperatura ambiente.

Os pesquisadores desenvolveram uma maneira de alternar dinamicamente a superfície do metal líquido entre os estados reflexivo (superior esquerdo e inferior direito) e espalhamento (superior direito e inferior esquerdo). Quando a eletricidade é aplicada, uma reação química reversível oxida o metal líquido, criando riscos que fazem o metal se espalhar. Cortesia de Keisuke Nakakubo, Kyushu University.

“No futuro imediato, essa tecnologia pode ser usada para criar ferramentas de entretenimento e expressão artística que nunca estiveram disponíveis antes”, disse Oki. “Com mais desenvolvimento, pode ser possível expandir essa tecnologia para algo que funcione muito como a impressão 3D para a produção de ótica controlada eletronicamente feita de metais líquidos. Isso pode permitir que a ótica usada em dispositivos de teste de saúde baseados em luz seja fabricada de forma fácil e econômica em áreas do mundo que não dispõem de instalações de laboratórios médicos ”.

No trabalho, os pesquisadores criaram um reservatório usando um canal de fluxo embutido. Eles então usaram um “método push-pull” para formar superfícies ópticas, bombeando metal líquido à base de gálio para dentro do reservatório ou sugando-o para fora. Este processo foi usado para criar superfícies convexas, planas ou côncavas, cada uma com diferentes características ópticas.

A partir da aplicação de eletricidade, a equipe induziu uma reação química reversível, que oxida o metal líquido em um processo que altera o volume do líquido de tal forma que muitos arranhões pequenos na superfície são criados, o que faz com que a luz se espalhe.

Quando a eletricidade é aplicada na direção oposta, o metal líquido retorna ao seu estado original. A tensão superficial do metal líquido remove os arranhões, retornando-o a um estado de espelho reflexivo limpo.

“Nossa intenção era usar a oxidação para alterar a tensão superficial e reforçar a superfície do metal líquido”, disse Oki. “No entanto, descobrimos que, sob certas condições, a superfície mudaria espontaneamente para uma superfície de dispersão. Em vez de considerar isso uma falha, otimizamos as condições e verificamos o fenômeno ”.

Os testes mostraram que mudar a voltagem na superfície de −800 mV para +800 mV diminuiria a intensidade da luz conforme a superfície mudasse de refletiva para espalhamento. As medições eletroquímicas revelaram que uma mudança de voltagem de 1,4 V foi suficiente para criar reações redox com boa reprodutibilidade.

“Também descobrimos que, sob certas condições, a superfície pode ser ligeiramente oxidada e ainda manter uma superfície reflexiva lisa”, disse Oki. “Ao controlar isso, pode ser possível criar superfícies ópticas ainda mais diversas usando essa abordagem que pode levar a aplicações em dispositivos avançados, como chips bioquímicos, ou ser usado para fazer elementos ópticos impressos em 3D.”