Bouwen met minieme draadjes van metaalvloeistof

‘Mijn draden zouden in een regen van druppels uit elkaar moeten vallen en mijn structuren zouden moeten smelten tot een plasje”, verzucht een van de onderzoekers van North Carolina State University op de sociale site Reddit. In plaats daarvan blijven de microscopische structuren die hij van vloeibaar metaal bouwt, fier overeind. De draden die hij spant blijven intact, of ze nu horizontaal of verticaal lopen.

De onderzoeker doet geen moeite zijn opluchting te verbergen dat hij eindelijk naar buiten mag treden: „Ik ben in alle staten dat de mediablokkade is opgeheven. We waren bang dat iemand ons voor zou zijn. Maar pas het derde prototype werkte, en we moesten wachten op een patentaanvraag.”

De uitvinding waar hij zo opgetogen over is, is gebaseerd op een legering van 75% gallium en 25% indium. Deze stof is glanzend en geleidend zoals je van een metaal zou verwachten, maar ook vloeibaar bij kamertemperatuur. Je kunt het dus gewoon uit een injectienaald laten komen.

De gallium-indiumlegering vormt bovendien een oxidehuidje als het oppervlak aan de lucht wordt blootgesteld. Dat gebeurt ook bij aluminium. Bij een vloeibaar metaal in grote hoeveelheden leidt dat niet tot opmerkelijk gedrag. Een straal valt uiteen in druppels en op een vloer kunnen plasjes ontstaan.

Maar op kleine schaal gebeuren wonderlijke dingen. Als de gallium-indiumlegering voorzichtig uit een naald wordt geperst in een ‘straal’ van bijvoorbeeld 0,2 mm dik, is het oxydehuidje sterk genoeg om te dienen als een buis die met inhoud en al overeind blijft staan. De groep in North Carolina heeft zo ‘staafjes’ van vloeibaar metaal gemaakt die 1 centimeter lang waren, en staafjes van 8 millimeter bij een dikte van 0,27 millimeter.

Ook is het ze gelukt op deze manier druppels te maken met een vast omhulsel. En deze druppels te laten fuseren tot kettingen. En daar weer staafjes aan vast te maken, tot er complete microscopische beeldhouwwerken ontstonden, die bijvoorbeeld doen denken aan een maanlandertje. Ook rechtopstaande letters met een lijndikte van een tiende millimeter hebben de onderzoekers weten te maken. En zelfs een echt insect (vrijwel zeker een overleden exemplaar) met kunstmatige voelsprieten van vloeibaar metaal.

In de publicatie in Advanced Materials wordt dit opgewekt ‘3D printing’ genoemd, maar daarmee probeert de groep ten onrechte mee te liften op deze hype. Bij 3D printing wordt een ontwerp gevoed aan een machine die dat ontwerp dan automatisch realiseert. Het maken van sculpturen met gallium-indium gebeurt handmatig.

De techniek zou toegepast kunnen worden in apparatuur die rekbare bedrading nodig heeft, zoals kleding met ingebouwde elektronica. Vloeibare metalen draden zouden een isolatie van siliconen kunnen krijgen.

Herbert Blankesteijn

Bijbehorende video’s op nrc.nl/wetenschap.