本實(shí)用新型涉及光控制器件技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于液態(tài)金屬電致變形的光調(diào)節(jié)裝置及光調(diào)節(jié)平面陣列。

背景技術(shù)：

隨著人們生活水平的不斷提高，智能化家庭生活用品已經(jīng)逐漸進(jìn)入了千家萬戶。這些智能化器件往往具有多種功能，而且操作簡(jiǎn)單，可以滿足人們不同的生活需求，極大地方便了人們的日常生活。其中，自然光源和人造光源為人們的日常生活提供了照明需求，而合適的光照強(qiáng)度則可以創(chuàng)造更加舒適健康的生活環(huán)境。智能化光線調(diào)節(jié)裝置具有自動(dòng)控制光線入射量的功能，例如：智能百葉窗、自動(dòng)光圈、自動(dòng)遮陽(yáng)板等。此外，在光纖通信領(lǐng)域，對(duì)光的控制也十分重要，其中光開關(guān)就是最基本的元器件之一。但是，現(xiàn)有技術(shù)中的光調(diào)節(jié)裝置往往具有復(fù)雜的機(jī)電驅(qū)動(dòng)模塊，所以存在著體積較大、能耗較高、控制復(fù)雜等問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

(一)要解決的技術(shù)問題

本實(shí)用新型的目的是提供一種基于液態(tài)金屬電致變形的光調(diào)節(jié)裝置及光調(diào)節(jié)平面陣列，以解決現(xiàn)有技術(shù)中的光調(diào)節(jié)裝置由于具有復(fù)雜的機(jī)電驅(qū)動(dòng)模塊，所造成的體積較大、能耗較高、控制復(fù)雜等問題。

(二)技術(shù)方案

為了解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型提供了一種基于液態(tài)金屬電致變形的光調(diào)節(jié)裝置，包括透明薄膜空腔、中央電極線、外周電極線、電解液、液態(tài)金屬、控制電路和電源；所述電解液填充在所述透明薄膜空腔內(nèi)，所述液態(tài)金屬位于所述透明薄膜空腔內(nèi)的中央位置并形成橢球體，所述中央電極線的一端穿過所述透明薄膜空腔的中央處與所述液態(tài)金屬接觸，另一端與所述控制電路連接，所述外周電極線的一端圍繞在所述透明薄膜空腔的內(nèi)壁形成環(huán)形電極，另一端與所述控制電路連接，所述控制電路與電源連接，用于接收外界控制信號(hào)以對(duì)所述液態(tài)金屬的變形運(yùn)動(dòng)進(jìn)行調(diào)控。

優(yōu)選地，所述透明薄膜空腔為由透明薄膜制成的扁平狀六棱柱結(jié)構(gòu)。

優(yōu)選地，所述透明薄膜空腔的六邊形的邊長(zhǎng)為1.5mm-2.5mm，所述透明薄膜空腔的高度為0.3mm-0.7mm，所述透明薄膜的厚度為0.15mm-0.25mm，所述中央電極線為0.08mm-0.12mm的銅絲，所述外周電極線為0.08mm-0.12mm的銅絲，所述液態(tài)金屬形成的橢球體的直徑為0.8mm-1.2mm。

優(yōu)選地，所述透明薄膜的材料為玻璃、塑料或橡膠。

優(yōu)選地，所述電解液為氫氧化鈉溶液或氯化鈉溶液。

優(yōu)選地，所述液態(tài)金屬為鎵基合金、銦基合金或鉍基合金。

優(yōu)選地，所述液態(tài)金屬為質(zhì)量分?jǐn)?shù)為75.5％的鎵和24.5％的銦組成的鎵銦合金。

優(yōu)選地，所述電源由電池供電，所述電源的電壓為3V-5V。

優(yōu)選地，還包括傳感器，所述傳感器設(shè)在所述透明薄膜空腔的外側(cè)。

本實(shí)用新型還提供了一種光調(diào)節(jié)平面陣列，包括多個(gè)組裝在一起的所述基于液態(tài)金屬電致變形的光調(diào)節(jié)裝置。

(三)有益效果

本實(shí)用新型的基于液態(tài)金屬電致變形的光調(diào)節(jié)裝置及光調(diào)節(jié)平面陣列利用液體金屬電致變形的原理，即液態(tài)金屬在外加電場(chǎng)下可以發(fā)生大幅度的平面伸展的物理現(xiàn)象，將液態(tài)金屬封裝在充滿電解液的透明薄膜空腔內(nèi)，并在空腔中央和四周分別放置電極導(dǎo)線，在外加電場(chǎng)作用下，通過改變電極極性，使透明薄膜空腔內(nèi)的液態(tài)金屬在電解液環(huán)境中發(fā)生可逆變形，實(shí)現(xiàn)液態(tài)金屬液滴向向水平方向大幅度的伸展和回縮，由于液態(tài)金屬表面具有很強(qiáng)的反光效果，因此可以通過控制液態(tài)金屬的鋪展面積調(diào)控透明薄膜在豎直方向的光線透過率，這種光調(diào)節(jié)裝置體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、能耗低、控制方便，可以組合成不同面積的光調(diào)節(jié)平面陣列，應(yīng)用于室內(nèi)、車內(nèi)的光線調(diào)節(jié)，也可應(yīng)用于光纖通信領(lǐng)域的光開關(guān)。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例的基于液態(tài)金屬電致變形的光調(diào)節(jié)裝置的立體透視圖；

圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例的基于液態(tài)金屬電致變形的光調(diào)節(jié)裝置的側(cè)視剖視圖；

圖3為本實(shí)用新型實(shí)施例的基于液態(tài)金屬電致變形的光調(diào)節(jié)裝置的正面結(jié)構(gòu)圖；

圖4為本實(shí)用新型實(shí)施例的基于液態(tài)金屬電致變形的光調(diào)節(jié)裝置的背面結(jié)構(gòu)圖；

圖5為本實(shí)用新型實(shí)施例的光調(diào)節(jié)平面陣列的正面結(jié)構(gòu)圖；

圖6為本實(shí)用新型實(shí)施例的光調(diào)節(jié)平面陣列的背面結(jié)構(gòu)圖。

圖中，1：透明薄膜空腔；2：中央電極線；3：外周電極線；4：電解液；5：液態(tài)金屬；6：傳感器；7：控制電路和電源。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型的實(shí)施方式作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下實(shí)施例用于說明本實(shí)用新型，但不能用來限制本實(shí)用新型的范圍。

在本實(shí)用新型的描述中，需要說明的是，術(shù)語“中心”、“上”、“下”、“內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本實(shí)用新型和簡(jiǎn)化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對(duì)本實(shí)用新型的限制。除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“安裝”、“相連”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機(jī)械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個(gè)元件內(nèi)部的連通。對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以具體情況理解上述術(shù)語在本實(shí)用新型中的具體含義。此外，在本實(shí)用新型的描述中，除非另有說明，“多個(gè)”的含義是兩個(gè)或兩個(gè)以上。

如圖1-4所示，本實(shí)施例的基于液態(tài)金屬電致變形的光調(diào)節(jié)裝置，包括：透明薄膜空腔1、中央電極線2、外周電極線3、電解液4、液態(tài)金屬5、傳感器6、以及控制電路和電源7。

透明薄膜空腔1為由透明薄膜制成的扁平狀六棱柱結(jié)構(gòu)，透明薄膜空腔1下表面的中央處可以設(shè)有一個(gè)圓形凹陷，用于限制液態(tài)金屬5的隨意流動(dòng)，透明薄膜的材料為玻璃、塑料或橡膠，不同的透明材料其加工方式會(huì)有所不同。

電解液4填充在透明薄膜空腔1內(nèi)，電解液4可以為1mol/L的氧化鈉溶液或氯化鈉溶液，其他可以使液態(tài)金屬5微球發(fā)生可逆變形的電解液也同樣適用與本實(shí)用新型。

液態(tài)金屬5位于透明薄膜空腔內(nèi)5的中央位置并形成橢球體，液態(tài)金屬5為鎵基合金、銦基合金或鉍基合金，液態(tài)金屬5質(zhì)量分?jǐn)?shù)為75.5％的鎵和24.5％的銦組成的鎵銦合金，這種合金的熔點(diǎn)為10.35℃，在常溫下處于液態(tài)，不同的含量配比可以得到不同熔點(diǎn)和導(dǎo)電性能的液態(tài)金屬合金，其他使用溫度下呈液態(tài)的金屬或合金也同樣適用與本實(shí)用新型，液態(tài)金屬5的電化學(xué)特性可以對(duì)其進(jìn)行電化學(xué)修飾，如氧化處理或電鍍其他金屬材料等。液態(tài)金屬5在外加電場(chǎng)的調(diào)控下實(shí)現(xiàn)可逆變形運(yùn)動(dòng)，控制電壓的幅度和持續(xù)時(shí)間取決于電解液4的離子濃度和液態(tài)金屬5微球的體積，可根據(jù)具體使用要求做參數(shù)調(diào)整。

中央電極線2的一端穿過透明薄膜空腔1的上表面的中央處與液態(tài)金屬5始終接觸，用于釋放電壓，另一端貼敷在透明薄膜外表面，與后級(jí)的控制電路連接；外周電極線3的一端圍繞在透明薄膜空腔1的內(nèi)壁的外周形成六邊形的環(huán)形電極，且不與液態(tài)金屬5接觸，另一端貼敷在透明薄膜外表面，與后級(jí)的控制電路連接，

控制電路與電源連接，用于接收外界控制信號(hào)以對(duì)液態(tài)金屬的變形運(yùn)動(dòng)進(jìn)行調(diào)控，具體的，控制電路對(duì)中央電極線2和外周電極線3施加特定的電壓信號(hào)，可以改變電極極性、電壓強(qiáng)度和持續(xù)時(shí)間，電源可以由電池供電，電源的電壓為3V-5V?？刂齐娐芳半娫?也可以通過導(dǎo)線連接到稍遠(yuǎn)的位置。

傳感器6設(shè)在透明薄膜空腔的外側(cè)的上表面，用于檢測(cè)光照強(qiáng)度，傳感器6可以為光敏二極管等。

本實(shí)施例中，透明薄膜空腔的六邊形的邊長(zhǎng)為1.5mm-2.5mm，具體可以為1mm，透明薄膜空腔的高度為0.3mm-0.7mm，具體可以為0.5mm，透明薄膜的厚度為0.15mm-0.25mm，具體可以為0.2mm，中央電極線為0.08mm-0.12mm的銅絲，具體可以為0.1mm，外周電極線為0.08mm-0.12mm的銅絲，具體可以為0.1mm，液態(tài)金屬形成的橢球體的直徑為0.8mm-1.2mm，具體可以為1mm。

本實(shí)施例的基于液態(tài)金屬電致變形的光調(diào)節(jié)裝置的工作原理為：中央電極線2插入到液態(tài)金屬5中，外周電極線3貼敷在透明薄膜空腔1側(cè)壁，三者均浸泡在電解液4中。將中央電極線2連接電源正極，外周電極線3連接電源負(fù)極，則液態(tài)金屬5在水平面內(nèi)伸展，將中央電極線2連接電源負(fù)極，外周電極線3連接電源正極，則液態(tài)金屬5在水平面內(nèi)收縮成球形。改變兩極電壓的幅度和持續(xù)時(shí)間可以控制液態(tài)金屬5的伸展面積和伸展速度。

本實(shí)用新型還提供了一種光調(diào)節(jié)平面陣列，如圖5、6所示，包括多個(gè)組裝在一起的上述實(shí)施例所述的基于液態(tài)金屬電致變形的光調(diào)節(jié)裝置。每個(gè)透明薄膜空腔內(nèi)1的液態(tài)金屬5微滴相互獨(dú)立，中央電極線2和外周電極3線，均一端插入各自的變形模塊，另一端相互連接，形成貼敷在透明薄膜空腔1外表面的連接電路，最終與控制電路和電源連接。為便于控制，將中央電極線2和外周電極線3按照一定的規(guī)律排列，形成特定的電極接口，便于與后級(jí)電路連接。

研究發(fā)現(xiàn)，在電場(chǎng)控制下的液態(tài)金屬鎵在球體和非球體之間存在各種可逆轉(zhuǎn)換行為。由于純鎵表面張力極大(約700mN/m)，意味著可在平坦表面上保持球體形態(tài)，而氧化鎵表面張力則趨近于0，因而可因重力和電學(xué)的雙重作用而沿水平方向大幅展開。在酸或堿類電解液中，通過加電作用，鎵球表面會(huì)迅速產(chǎn)生一層氧化鎵薄膜，這使其表面張力發(fā)生突降，由此實(shí)現(xiàn)展開乃至分裂效應(yīng)，一旦切斷電壓，之前形成的氧化鎵層隨即被電解液溶解，從而將純鎵再度暴露于化學(xué)溶液中，液態(tài)金屬物體的表面張力于是自動(dòng)恢復(fù)，變形體隨即收縮成最初的球體形狀。系列實(shí)驗(yàn)也表明，這些變形并不僅限于單質(zhì)液態(tài)金屬鎵，二元、三元乃至更復(fù)雜組分合金如鎵銦、鎵銦錫、鎵銦錫鋅等也易于呈現(xiàn)對(duì)應(yīng)的可逆變形行為。從技術(shù)角度而言，若借助電腦編程來調(diào)控電壓大小與供電方式、電極間距與排列組合方式、液態(tài)金屬體積及流道材料與形狀，乃至電解質(zhì)溶液類型與濃度等，則可以獲得千奇百怪的變形行為，再結(jié)合液態(tài)金屬膜的高反光特性和不透光性，從而可以非常方便的實(shí)現(xiàn)對(duì)光的控制。

本實(shí)用新型的基于液態(tài)金屬電致變形的光調(diào)節(jié)裝置及光調(diào)節(jié)平面陣列利用液體金屬電致變形的原理，即液態(tài)金屬在外加電場(chǎng)下可以發(fā)生大幅度的平面伸展的物理現(xiàn)象，將液態(tài)金屬封裝在充滿電解液的透明薄膜空腔內(nèi)，并在空腔中央和四周分別放置電極導(dǎo)線，在外加電場(chǎng)作用下，通過改變電極極性，使透明薄膜空腔內(nèi)的液態(tài)金屬在電解液環(huán)境中發(fā)生可逆變形，實(shí)現(xiàn)液態(tài)金屬液滴向向水平方向大幅度的伸展和回縮，由于液態(tài)金屬表面具有很強(qiáng)的反光效果，因此可以通過控制液態(tài)金屬的鋪展面積調(diào)控透明薄膜在豎直方向的光線透過率，這種光調(diào)節(jié)裝置體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、能耗低，可以組合成不同面積的光調(diào)節(jié)平面陣列，應(yīng)用于室內(nèi)、車內(nèi)的光線調(diào)節(jié)，也可應(yīng)用于光纖通信領(lǐng)域的光開關(guān)。

本實(shí)用新型的實(shí)施例是為了示例和描述起見而給出的，而并不是無遺漏的或者將本實(shí)用新型限于所公開的形式。很多修改和變化對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言是顯而易見的。選擇和描述實(shí)施例是為了更好說明本實(shí)用新型的原理和實(shí)際應(yīng)用，并且使本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能夠理解本實(shí)用新型從而設(shè)計(jì)適于特定用途的帶有各種修改的各種實(shí)施例。