Información sobre el comportamiento del transporte de carga de las esferas de metal líquido

Información sobre el comportamiento del transporte de carga de las esferas de metal líquido


Debido a la maleabilidad de los metales líquidos y la existencia de una película de óxido en la superficie, ha resultado difícil investigar el rendimiento del contacto y la transferencia de carga en la interfaz para sistemas basados ​​en metales líquidos.

Un estudio arroja luz sobre el comportamiento del transporte de carga de las canicas de metal líquido​​​​​​

​​​​​​Estudio: Información sobre el contacto interfacial y el transporte de carga de mármoles de metal líquido sensibles al gas​​​​​​. Crédito: HaHanna/Shutterstock.com

En una investigación publicada en la revista ACS Applied Materials & Interfaces, se encapsularon gotas eutécticas de galio-indio de tamaño nano/micro con nanopartículas de trióxido de tungsteno para crear una matriz líquida de metal y mármol en la que el transporte de carga se controla mediante el contacto interfacial del tungsteno inherentemente semiconductor. trióxido.

¿Qué son los metales líquidos?

Las aleaciones y los metales con puntos de fusión bajos, comúnmente denominados metales líquidos, incluyen el galio (Ga) y sus aleaciones. Son una clase en evolución de materiales multifuncionales utilizados en sensores, procesos catalíticos, electrónica flexible y varios otros campos. Por ejemplo, la sonicación puede descomponer fácilmente una cantidad significativa de metales líquidos en nano/microgotas.

La ingeniería interfacial se ha utilizado para crear morfologías y estructuras de superficie ideales para una variedad de estas nano/microgotas basadas en metales líquidos, ya sea ajustando los elementos componentes o mediante modificaciones posteriores a la superficie. La razón detrás de las superficies activas de los metales líquidos es que son esencialmente metales o aleaciones de metales.

Complejidades de interfaz de metales líquidos

La mayoría de los metales líquidos desarrollan una película superficial de óxido autolimitante en el aire ambiente y una película superficial de hidróxido en muchos solventes, culminando en la pasivación interfacial. Dada la complejidad de las interfaces líquido-metal, un conocimiento profundo de la composición y el comportamiento de su superficie en diferentes condiciones ambientales es crucial para el diseño y procesamiento de materiales.

Esto es particularmente relevante para las canicas de metal líquido, que se forman mediante la funcionalización de gotas de metal líquido con recubrimientos de micro/nanopartículas en la superficie. Recubrir gotas de metal líquido con partículas seleccionadas es un método potencial para fabricar materiales a micro/nanoescala con capacidades, escalabilidad y adaptabilidad mejoradas.

Es crucial determinar el tipo de contacto entre las micro/nanopartículas de cobertura y las gotas de metal líquido y sus interacciones. Además, en el desarrollo de la película de óxido de la superficie, no está claro si es concebible una interacción directa entre las partículas de la superficie y el metal líquido, o si la película de óxido de la superficie también podría desempeñar un papel.

¿Por qué estaba DONDE?3/EGa¿El enfoque de este estudio?

En este estudio, el equipo examinó el trióxido de tungsteno (WO3) Nanopartículas (NP) como material de encapsulación para gotas de aleación eutéctica de galio-indio (EGaIn) de metal líquido. Se eligió la fase líquida de EGaIn a temperatura cercana a la ambiente.

Tiene una excelente conductividad térmica y eléctrica sin ser tóxico. Debido a su alta elasticidad y fluidez, EGaIn puede sonicarse a bajas energías y micronizarse para producir nano/microgotas de metal líquido.

Además, las nanopartículas de trióxido de tungsteno permiten una distribución homogénea en la superficie de EGaIn sin necesidad de tensioactivos, lo que permite un excelente intercambio de portador de carga libre entre los dos elementos.

Propiedades del trióxido de tungsteno

El trióxido de tungsteno es un semiconductor natural de tipo n con un intervalo de banda prohibida de 2,6 a 3,2 eV. Aunque el trióxido de tungsteno es bastante robusto a temperatura ambiente, a temperaturas más altas muestra interacciones con múltiples gases mediante una variedad de métodos.

Siempre que se expone a gases reductores que proporcionan a la superficie electrones libres, la resistividad del trióxido de tungsteno disminuye, mientras que aumenta cuando se expone a especies de gases oxidantes que crean una zona deficiente en electrones al extraer electrones de los átomos de tungsteno en la superficie.

Se dice que el trióxido de tungsteno produce formas subestequiométricas (WO3 veces) a través de una serie de mecanismos simples, lo que resulta en una mayor conductividad eléctrica debido a la falta de oxígeno.

Conclusiones clave del estudio

Los perfiles IV generados a partir del marco de mármol de metal líquido de WO3/EGaIn y una configuración de interfaz macroscópica sugirió que la interfaz de WO3/EGaIn tenía propiedades de conducción eléctrica casi óhmica.

Las simulaciones de la teoría funcional de la densidad (DFT) del sistema revelaron las afinidades entre los átomos de galio e indio de EGaIn y los átomos de oxígeno del trióxido de tungsteno y proporcionaron una comprensión de la naturaleza de la interacción a nivel atómico. Por lo tanto, la posición inherente del nivel de Fermi del trióxido de tungsteno se desplazó a lo largo de la banda de conducción del trióxido de tungsteno, lo que resultó en la formación de un contacto interfacial casi óhmico.

El contacto de interfaz de WO3Se demostró que /EGaIn mejora las capacidades de detección de gases (para moléculas de oxígeno y agua) con una buena eficiencia de transferencia de carga.

Esta investigación arroja luz sobre la naturaleza de los contactos interfaciales formados entre metales líquidos y sustancias semiconductoras, y las propiedades de transferencia de carga de dichas superficies. Los resultados del estudio van desde redes líquidas de metal y mármol hasta compuestos y varios otros sistemas basados ​​en metales líquidos.

Relación

Chi Y, Han J y otros. (2022). Información sobre el contacto interfacial y el transporte de carga de mármoles de metal líquido sensibles al gas. Interfaces y materiales aplicados de ACS. Disponible en: https://doi.org/10.1021/acsami.2c06908

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