钱班学生房文强暑期生产实习期间发现电场诱导的液态金属射流基础现象及其重要用途
（钱学森班通讯员 房文强）2014年7月，清华大学钱学森力学班房文强同学，在中科院理化技术研究所刘静教授研究组实习期间，首次发现了一种独特的极低电压诱发的液态金属射流现象，为金属微滴乃至固体颗粒的快速制备和精确操控打开了一条新途径，相应论文于10月1日发表于美国物理学会《应用物理快报》(Fang et al, Electro-Hydrodynamic Shooting Phenomenon of Liquid Metal Stream, Applied Physics Letters, 105: 134104, 2014)。
室温液态金属，除了人们熟悉的汞外，还包括一些含镓、铟等元素的低熔点合金。这里所提到的液态金属是一种对人无毒害的镓铟锡合金（熔点10.5℃）。此前刘静团队在液态金属领域已有十多年的持续探索和积累，房文强同学在刚来理化所的第一周里，就被液态金属独特的性质和奇妙的力学行为深深地吸引住了。他与同来实习的宝鑫同学一起，在何志祝博士的指导下，对液态金属在电场下的许多性质进行了探索。偶然的机会下，房文强发现了毛细管中液态金属在电场下向阳极喷射的现象，在与刘静老师和何志祝博士的讨论中，老师肯定了这一出人意料的发现的深刻物理意义和广泛应用前景，并鼓励房文强同学深入探究该现象的本质和影响因素。
房文强通过设计实验，深入探究后观察到，在无电压作用时，盛放于容器腔出口毛细管内的液态金属前沿会因表面张力和外界静压的作用而保持静态；一旦施加电场时，浸没于氢氧化钠溶液中的毛细管内液态金属会自动喷射而出形成微滴，仿佛喷泉一般，这些液滴在电场作用下朝着阳极方向快速移动，可控性强，到达后形成“大珠小珠落玉盘”的景象，若将持续生成的液滴冷却收集后即可获得金属固体微粒，整个过程仅需极低电压（2-20V）即可轻易实现；电压越高，金属液滴生成率及移动速率越快。
通过系统的对比实验，他探明了液态金属从喷射到液滴产生与运动的三个关键流动相态。在喷射伊始，外界电压产生的电场力会打破液态金属界面的力学平衡，并使其沿电场方向发生变形和运动；当液态金属从毛细管喷射出来进入氢氧化钠水溶液时，由于自身的低粘、高表面张力与电场力相互作用，液态金属射流随即发生Plateau–Rayleigh不稳定现象，由此撕裂离散成粒径均一的液滴；金属液滴在电场作用下易于形成电双层，液滴自身的高导电性会使其界面切向电场力消失，而电双层内的切向电场力必须通过金属液滴运动产生的剪切应力来实现力学平衡，由此诱导了液滴运动方向与电场方向保持一致。在上述过程中，外界电场力是促成液态金属液滴喷射和运动的主要动力来源，而氢氧化钠溶液则有效及时地消除了界面电化学反应生成的金属氧化物。值得指出的是，传统的胶体或金属颗粒电泳现象需要上千伏电压驱动，而此次发现的金属液滴快速运动只需数伏电压即可，其本质原因正在于液态金属优良的导电性和流动性使然。此前，电压诱导的液态金属喷射现象从未被报道过，这种微滴生成与运动效应无需复杂设备，能耗极低，操控极为简便快捷，十分有利于应用。
实习结束后，刘静教授鼓励房文强将该实验发现写成文章发表，让更多人的了解这一重要的成果。虽然房文强已在7月底完成实习后立即奔赴美国布朗大学交流，但是他仍然挤出时间整理实验结果，完成了文章初稿。经何志祝博士和刘静老师的细致审阅和修改后，该文章被投稿到应用物理领域最有影响力的《应用物理快报》。文章从投稿到通过只用了两周时间，这也说明了该成果的原创性及重要性。此外，中科院理化所官方网站、《中国科学报》相继刊登和肯定了该成果。
整个实习过程只有短短的一个月时间，能够取得这样具有原创性的结果应该说是一件出人意料的事情。这里面除了房文强自身的探索精神和勤奋努力外，也与导师的专业指导密不可分。刘静教授不仅是中科院理化所研究员，同时也是清华大学生医工程系教授。在学生眼里，他是一位非常有责任感、耐心和创造力的老师。在房文强实习期间，刘静教授尽管身兼数职、学生众多、非常忙碌，仍然每两天就找学生讨论一次最近的思路和进展。并且，刘静教授对学生充满信心，严格要求。在刚刚举办的国际传热大会上，刘静教授荣膺国际传热界最高奖项——威廉·伯格奖（The William Begell Medal），其学术水平获得了世界同行的肯定和赞扬。
实习结束合影。从左至右依次为：何志祝博士，房文强，刘静教授，宝鑫
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http://scitation.aip.org/content/aip/journal/apl/105/13/10.1063/1.4897309
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