Un métal liquide alimenté en tension forme des fractales semblables à des flocons de neige

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Une équipe de scientifiques de l’Université d’État de Caroline du Nord a démontré qu’un alliage métallique liquide à base de gallium forme des motifs fractals semblables à des flocons de neige lorsqu’il est oxydé électrochimiquement. Les résultats sont publiés dans le journal Physical Review Letters.

Le gallium indium forme des motifs fractals avec l'application d'une faible tension. Crédit image : North Carolina State University.

L’indium gallium forme des motifs fractals avec l’application d’une basse tension. Crédit photo : North Carolina State University.

L’équipe, dirigée par les professeurs Karen Daniels et Michael Dickey de l’Université d’État de Caroline du Nord, a découvert que l’application d’une faible tension à la surface du gallium indium (EGaIn) – un métal liquide présentant l’une des tensions de surface les plus élevées – entraîne l’étalement du métal liquide et la formation de motifs fractals.

“L’application d’une tension à l’EGaIn forme une fine couche d’oxyde à la surface du métal, ce qui réduit efficacement la tension de surface”, explique le professeur Dickey.

“Normalement, la tension des liquides peut être abaissée en ajoutant des surfactants – comme on met du savon ou du détergent dans l’eau – au liquide. Il est facile de mettre du savon dans l’eau, mais difficile d’en faire sortir le savon. En revanche, l’utilisation du voltage pour contrôler la tension est intéressante car elle est réversible et incroyablement efficace.”

“Nous avons également constaté que si l’on applique une tension plus élevée au métal, celui-ci cesse de se répandre et se reforme en perles”, ajoute le professeur Daniels.

“Cela est dû à la quantité d’oxyde produite – une petite quantité réduit la tension de surface, mais une trop grande quantité forme une croûte sur le métal et l’empêche de s’étendre. Le contrôle de la tension est donc un bon moyen de contrôler l’étalement du métal.”

L’équipe a enregistré le comportement d’EGaIn lorsque la tension de surface diminuait. Moins d’un volt d’électricité a provoqué l’étalement du métal et la formation de différentes fractales.

Il est intéressant de noter que les fractales formées par l’EGaIn semblent être uniques, c’est-à-dire qu’elles ne correspondent à aucune des fractales actuellement décrites.

“En plus de leur caractère inhabituel, l’autre implication de ces fractales est que pour qu’elles se forment, la tension superficielle du métal liquide doit être proche de zéro”, a déclaré le professeur Daniels.

“Ce travail suggère que non seulement la formation de l’oxyde abaisse la tension de surface du métal liquide, mais qu’elle crée également des contraintes de compression – l’opposé de la tension – qui aident le métal à s’étaler et à former des fractales”, a déclaré le professeur Dickey.

“C’est intéressant car les liquides sont toujours sous tension, et nous avons maintenant un outil pour appliquer des forces de compression directement à la surface d’un liquide. Ces propriétés nous permettent de mieux contrôler le comportement du métal.”

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