[发明专利]基于电磁驱动的液态金属流动控制结构及流动控制方法

说明书

本发明公开了基于电磁驱动的液态金属流动控制结构及流动控制方法，该流动控制结构包括微流道结构、多组流控单元和电磁驱动单元，微流道结构具有供液态金属流动的导流通道，多组流控单元设置在微流道结构的内壁上并且沿导流通道中液态金属的流动方向间隔设置，电磁驱动单元设置在微流道结构外部并且沿导流通道中液态金属的流动方向布置；其中，液态金属中掺杂有磁性物质，电磁驱动单元能够在导流通道的周围形成磁场，通过磁场和磁性物质之间的电磁力吸引液态金属沿导流通道流动，并通过多组流控单元限定在导流通道中液体金属的流动位置。本发明驱动控制具有大尺度流动能力，可以实现流道结构中液态金属形态的动态重构。

技术领域

本发明涉及电磁材料技术领域，特别涉及一种基于电磁驱动的液态金属流动控制结构及流动控制方法。

背景技术

以镓基合金为代表的液态金属综合了传统刚性和柔性材料的优良性能，熔点接近或低于室温，因此，在保持良好导电性的同时，在常温下具有流动性、大变形和可重构性。通过将液态金属注入微流道结构，实现微流道结构在液态金属作用下连续动态重构其结构形态，成为一个极具发展前景的全新领域，能够广泛应用于柔性电子、射频可重构天线、生物医疗等方面。

目前，液态金属在微流道结构中驱动控制以常规电磁泵、压力、电压驱动控制为主，但电磁泵目前体积较大，一般应用于液态金属流道为毫米级-厘米级的通道结构中，且无法实现流道结构液态金属的电学阻断作用；压力驱动控制方式需要外置体积较大的驱动泵，难以实现液态金属流动控制结构的体积小型化，无法与流道结构一体化集成；电压驱动控制方法在动态重构液态金属过程中由于电压直接施加在液态金属与氧化层去除溶液中，容易产生气泡，影响液态金属在密闭流道中的流道性能与电学性能，并且液态金属的表面张力大，难以应用于长度较长的流道结构中。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种体积小、能够实现液态金属的高精度、大尺度流动，并且能够在流道结构中隔离阻断及位置固定液态金属的液态金属流动控制结构及流动控制方法。

为实现上述目的，本发明第一方面，提供了一种基于电磁驱动的液态金属流动控制结构，包括微流道结构、多组流控单元和电磁驱动单元，所述微流道结构具有供液态金属流动的导流通道，所述多组流控单元设置在所述微流道结构的内壁上并且沿所述导流通道中液态金属的流动方向间隔设置，所述电磁驱动单元设置在所述微流道结构外部并且沿所述导流通道中液态金属的流动方向布置；其中，所述液态金属中掺杂有磁性物质，所述电磁驱动单元能够在所述导流通道的周围形成磁场，通过所述磁场和所述磁性物质之间的电磁力吸引所述液态金属沿所述导流通道流动，并通过所述多组流控单元限定在所述导流通道中液体金属的流动位置。

进一步，每组所述流控单元包括沿所述微流道结构的内壁上相对设置的第一微柱和第二微柱，所述第一微柱和所述第二微柱之间具有供所述液态金属流过的间隙。

进一步，所述流控单元与所述微流道结构一体集成或分体设置。

进一步，所述电磁驱动单元包括多个电磁元件，所述多个电磁元件沿所述导流通道中液态金属的流动方向间隔布置。

进一步，所述电磁元件为电磁铁或电磁线圈。

进一步，还包括液态金属储存单元，所述液态金属储存单元和所述微流道结构的导流通道连通，所述液态金属储存单元中储存从外部注入的液态金属。

本发明第二方面，提供一种基于电磁驱动的液态金属流动控制方法，包括如下步骤：

1)对液态金属进行磁性化处理；

2)在微流道结构的内壁上间隔设置多组流控单元；

3)将磁性处理后的液态金属注入所述微流道结构中；

4)在所述微流道结构周围施加磁场以吸引所述液态金属沿所述导流通道流动。