液態(tài)金屬的表面張力是決定其應用性能的關鍵因素之一。現(xiàn)有研究表明，通過電化學氧化可以顯著降低液態(tài)鎵銦合金的表面張力，這不僅能改變其形態(tài)，還可能賦予其新的功能特性。此外，液態(tài)金屬的電化學行為在電池電極材料、電化學電容器等領域也得到了深入研究，因為這種材料能夠在表面氧化或還原的過程中調(diào)控其界面特性和反應活性。

電化學氧化作用可以誘導液態(tài)金屬表面生成不同的氧化物或氫氧化物薄層，而這種表面變化對界面張力的影響非常顯著。例如，研究發(fā)現(xiàn)，氧化鎵薄膜會在特定的電位下破裂并溶解，使得液態(tài)金屬的表面張力急劇下降。通過控制電化學氧化的電位，能夠在微觀層面實現(xiàn)液態(tài)金屬的“開關”效應，有望用于開發(fā)可控液態(tài)金屬元件。

近日，Michael D.Dickey教授團隊針對鎵銦合金在強堿性條件下的電化學氧化過程進行了系統(tǒng)分析，深入探討了電化學氧化對液態(tài)金屬表面張力的影響機制。作者采用線性掃描伏安法（LSV）、循環(huán)伏安法（CV）和電流-電壓時序分析等電化學技術，以1 M氫氧化鈉（NaOH）溶液為電解液，在電化學氧化過程中實時測量鎵銦合金液滴的電流和界面張力變化，通過圖像分析軟件進行液滴形狀測量，從而得到其在不同電位下的界面張力值。相關研究成果以The Role of Electrochemical Oxidation on the Interfacial Tension of Eutectic Gallium Indium為題發(fā)表在ACS Electrochemistry.研究發(fā)現(xiàn)，根據(jù)電位的不同，鎵銦合金在電化學氧化過程中表現(xiàn)出六個獨特的反應區(qū)域，每個區(qū)域?qū)煌慕缑娆F(xiàn)象和表面張力變化：

非氧化區(qū)域：在開路電位以下，液態(tài)金屬界面保持高張力狀態(tài)，接近金屬本體張力，因為表面氧化層在高堿性環(huán)境中迅速溶解，無法形成穩(wěn)定的氧化皮膜。

初始氧化區(qū)域：在略高于開路電位時，鎵開始發(fā)生氧化反應，但生成的氧化物不在表面堆積，而是持續(xù)溶解，因此表面張力沒有明顯降低。鈍化薄膜形成：隨著電位繼續(xù)升高，鎵表面逐漸形成一層薄的氧化膜，電流開始下降，表面逐漸進入鈍化狀態(tài)，推測該薄膜為鎵氧化物的水合物薄層。

鈍化膜破裂：在更高的電位下，表面鈍化膜開始分解，界面張力迅速下降，表明表面氧化物膜不再穩(wěn)定，開始被溶解并形成新的界面形態(tài)。

穩(wěn)定氧化階段：在這一電位范圍內(nèi)，氧化鎵物種形成溶解平衡，表面張力隨電位線性下降，金屬液滴的形狀變得更加不穩(wěn)定并開始形成枝狀結構等復雜形態(tài)。

再鈍化階段：在更高電位下，表面部分重新鈍化，表面張力略有回升，液滴變形的趨勢得到一定抑制，推測是表面形成了新的氧化層薄膜。

通過這些實驗和電化學分析，作者不僅展示了鎵銦合金在電化學氧化過程中的界面變化，還進一步揭示了表面張力隨電位變化的規(guī)律。這一研究為控制液態(tài)金屬的表面特性提供了新思路，未來有望應用于開發(fā)可精確控制的柔性電子元件、液態(tài)金屬傳感器及微流體操控系統(tǒng)。

圖1電化學線性掃描伏安圖（LSV，藍色實線）及液滴電流的對數(shù)圖（紅色虛線），針對1 M NaOH中的鎵銦合金，掃描速率為0.5 mV/s。垂直虛線將圖中標記的六個反應區(qū)域區(qū)分開來，標記出三個氧化峰P1、P2和P3。

圖2(a)在300 mV/s掃描速率下，鎵銦合金液滴在1 M NaOH中的循環(huán)伏安圖。(b)不同掃描速率（50至600 mV/s）下的鎵銦合金液滴循環(huán)伏安圖。

圖3(a)鎵銦合金（藍色實線）與純鎵（紅色虛線）在1 M NaOH中以16000 mV/s的高掃描速率記錄的快速掃描循環(huán)伏安圖。(b)鎵銦合金在不同電位窗口下的快速掃描循環(huán)伏安圖。圖例中列出了每個掃描的最大電位，掃描速率為16000 mV/s。橙色圓圈標記處顯示了與第一次電子轉(zhuǎn)移反應（Ga到Ga+）相關的微小肩峰。

圖4(a)鎵銦合金在不同濃度NaOH中的近鈍化區(qū)伏安圖。(b)鎵銦合金在不同濃度NaOH中的完整線性掃描伏安圖，掃描速率為100 mV/s。

圖5電流的對數(shù)圖（藍色實線）與液態(tài)金屬界面張力（IFT，紅色虛線）隨電位變化的關系。鎵銦合金液滴的體積為0.025 mL，電位掃描速率為1 mV/s。