[發(fā)明專利]一種液態(tài)金屬計(jì)算機(jī)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710453960.7
• 申請(qǐng)日: 2017-06-15
• 公開（公告）號(hào): CN107329928B
• 公開（公告）日: 2020-08-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 國瑞;劉靜
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F15/78
• 分類號(hào): G06F15/78;G06F7/575;B05D7/24;B05D3/02;B05D1/02
• 代理公司: 西安智大知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所 61215
• 代理人: 段俊濤

1.一種液態(tài)金屬計(jì)算機(jī)，包括組合實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)架構(gòu)的邏輯器件，其特征在于，所述邏輯器件為柔性器件，主要包括液態(tài)金屬、柔性薄膜和控制部件，其中液態(tài)金屬封裝在柔性薄膜內(nèi)，采用如下三種方式之一改變液態(tài)金屬的導(dǎo)電特性：

(11)改變液態(tài)金屬的溫度，實(shí)現(xiàn)固液相變，進(jìn)而控制液態(tài)金屬的導(dǎo)電特性；

(12)改變液態(tài)金屬的氧化程度，進(jìn)而控制液態(tài)金屬的導(dǎo)電特性；

(13)改變液態(tài)金屬環(huán)境的磁場(chǎng)強(qiáng)度，進(jìn)而控制液態(tài)金屬的導(dǎo)電特性；

所述邏輯器件通過如下三種方式之一組合實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)架構(gòu)，并最終實(shí)現(xiàn)可編程的目的：

(21)遵循傳統(tǒng)電子計(jì)算機(jī)的架構(gòu)模式，利用多個(gè)液態(tài)金屬部件組成基本邏輯元件，再由這些基本的邏輯單元組成更為復(fù)雜的計(jì)算元件，最終實(shí)現(xiàn)可編程計(jì)算機(jī)的構(gòu)建；

(22)采用新的電路構(gòu)建模式，并與傳統(tǒng)的電子元件結(jié)合，將液態(tài)金屬作為電子元件的連接開關(guān)，將多個(gè)液態(tài)金屬排布在柔性薄膜上組成電子元件陣列，對(duì)不同節(jié)點(diǎn)處的液態(tài)金屬的導(dǎo)電狀態(tài)進(jìn)行調(diào)控，通過改變節(jié)點(diǎn)的液態(tài)金屬的導(dǎo)電狀態(tài)實(shí)現(xiàn)對(duì)晶體管陣列的現(xiàn)場(chǎng)編程調(diào)試；

(23)利用液態(tài)金屬在不同狀態(tài)下的導(dǎo)電性差異，將多個(gè)具有不同導(dǎo)電性能的液態(tài)金屬進(jìn)行串聯(lián)或并聯(lián)，直接測(cè)量輸出端的電壓值或整個(gè)電路的電阻值等效為多個(gè)輸入端基于某種規(guī)則的計(jì)算結(jié)果，用模擬輸出代替?zhèn)鹘y(tǒng)的數(shù)字輸出，從而實(shí)現(xiàn)模擬計(jì)算機(jī)的構(gòu)建。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述液態(tài)金屬計(jì)算機(jī)，其特征在于，所述液態(tài)金屬為常溫下保持液體形態(tài)的鎵銦合金，通過加入其它金屬，或更改合金的金屬含量配比，以適用于不同溫度環(huán)境。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述液態(tài)金屬計(jì)算機(jī)，其特征在于，所述柔性薄膜采用PDMS材料或者硅膠、乳膠，根據(jù)不同應(yīng)用場(chǎng)合，對(duì)柔性薄膜的具體尺寸和形狀做出相應(yīng)調(diào)整。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述液態(tài)金屬計(jì)算機(jī)，其特征在于，所述液態(tài)金屬封裝在柔性薄膜內(nèi)的方法如下：

首先，將PDMS與硅膠固化劑以10:1的質(zhì)量比混合均勻，隨后將混合液均勻涂抹在玻璃表面，置于75℃的加熱箱中加熱一小時(shí)；當(dāng)PDMS凝固后將其取出，將塑料或金屬掩膜板置于PDMS之上，隨后使用液態(tài)金屬噴槍將液態(tài)金屬均勻噴涂在PDMS薄膜上；將掩膜板取下，使用酒精或氫氧化鈉溶液將掩膜板外多余的液態(tài)金屬微液滴清洗干凈；將PDMS混合液均勻涂抹在噴涂液態(tài)金屬的薄膜上，然后將其放置在75℃的加熱箱中加熱一小時(shí)。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述液態(tài)金屬計(jì)算機(jī)，其特征在于，所述液態(tài)金屬的直徑在10nm到100um之間，多個(gè)液態(tài)金屬相互融合形成更大尺度的液態(tài)金屬顆粒或液滴。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述液態(tài)金屬計(jì)算機(jī)，其特征在于，通過改變液態(tài)金屬的導(dǎo)電特性，利用液態(tài)金屬在不同狀態(tài)下的導(dǎo)電性差異作為邏輯運(yùn)算的0和1，以實(shí)現(xiàn)二進(jìn)制運(yùn)算。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述液態(tài)金屬計(jì)算機(jī)，其特征在于，所述方式(11)中，通過外加溫度調(diào)控裝置，改變液態(tài)金屬所處環(huán)境的溫度，使其在固液兩種狀態(tài)之間切換；或，通過對(duì)液態(tài)金屬施加電流，利用電流的熱效應(yīng)，使液態(tài)金屬融合，切斷電流則使其凝固；

所述方式(12)中，通過對(duì)液態(tài)金屬施加不同方向的電流，實(shí)現(xiàn)其表面的氧化和去氧化：施加正向電流則使其失去電子，表面形成氧化膜，導(dǎo)電性能下降；施加反向電流則使其獲得電子，去除表面氧化膜，導(dǎo)電性能提高；利用導(dǎo)電性能的差距將其等價(jià)為邏輯器件的0和1的狀態(tài)；

所述方式(13)中，通過在液態(tài)金屬內(nèi)部摻雜磁性顆粒，通過外加磁場(chǎng)改變磁性顆粒在液態(tài)金屬中的分布情況，使得液態(tài)金屬的導(dǎo)電性產(chǎn)生差異；或者，對(duì)液態(tài)金屬施加電流，在磁場(chǎng)環(huán)境中通電導(dǎo)體會(huì)受力發(fā)生變形，從而改變液態(tài)金屬的形狀和位置，進(jìn)而影響其導(dǎo)電特性，利用這種導(dǎo)電特性的差異將其等價(jià)為邏輯器件的0和1的狀態(tài)。