Течен метал: структура, свойства

14.04.2019

Днес обичайната идея, че металът в нормално състояние е твърдо, се разклаща. Дълго време се смяташе, че единственото изключение от това твърдение е живакът, който остава в течно състояние до -39 ° С. Отговорът на въпроса кой метал е течен не е толкова ясен.

Течни метали в природата

Всъщност живакът не е единственият течен метал в света. Известни са също галий, цезий и франций, които са в течно състояние до + 30 ° С.

Течен метал

Галий е много широко използван, например в електрониката. Освен това, че се топи при ниски температури, галият, и това е неговото основно предимство, кипи при температура не по-ниска от 2230 ° С.

Цезият не е по-малко търсен елемент, въпреки че е изключително малък в земната кора и неговото извличане е трудно.

И тук радиоактивен елемент Франция, чийто полуживот е малко повече от 22 минути, се образува по време на разпадането на морската анемона и все още не е известно как изглежда. Дори учените знаят много малко за него и това знание се натрупва по малко. Научните лаборатории провеждат проучвания на този елемент върху проби с маса от десет милионна част от грам, която на всеки двадесет и две минути се намалява наполовина.

Това означава, че при температури, малко по-различни от стайната температура, четири елемента на периодичната таблица могат да се нарекат течни метали, включително живак.

Метална конструкция

При металите атомите са подредени в строг геометричен ред и образуват кристална решетка. Техните видове в различни метали и сплави се различават в зависимост от броя и разположението на атомите.

В стопените метали атомите са в хаотично движение, а връзките между тях са счупени.

Обичайният стопен течен метал от белка е просто материал с кристална решетка и обичайните свойства на твърдо вещество при нормална температура.

Течен метал от мартин

При охлаждане на течен метал започва процесът на кристализация, чиято скорост се увеличава с понижаване на температурата. Връзките между атомите се възстановяват и образуват кристална решетка. Нарушаването на целостта на метала, например образуването на ръжда или пукнатини, възниква точно на границите между кристалите. Тоест, ако няма ясни граници между кристалите, не само механичните, но и електрическите и магнитните свойства на металната смяна.

Свойства на течните метали

Учените казват, че аморфните материали могат да бъдат десет пъти по-силни от кристалните аналози и техните електрическо съпротивление над пет пъти. Освен това при нормална температура те са способни да запазят свойствата си повече от сто години, но топлината се понася слабо.

Ако течният метал от белката се охлади толкова бързо, че връзките между атомите и кристалите нямат време да се възстановят, тогава получавате вещество в аморфно състояние, съчетаващо свойствата на металите и течностите.

Той има повърхностно напрежение и вискозитет на течности и се свива и отразява електромагнитните вълни, като всеки метал. Структурата на течните метали е хаотично натрупване на атоми без твърди връзки между тях.

Течна метална конструкция

Тъй като няма кристална структура, такива вещества имат забележителни магнитни свойства, висока якост на опън и якост.

Течен метал е повече от два пъти по-силен от титан, не ръждясва и може да бъде формован във формата, дори и най-сложна, като всеки пластмасов материал. В същото време, след леене, не е необходима допълнителна обработка на продукта - има ясни очертания и идеално гладка повърхност.

Течни метали на основата на галий

Сплавите на основата на нископлавни метали и около тридесет от тях в световната промишленост имат точка на топене под 70 ° С. Повечето от тях са химически активни и токсични. Сплави на основата на галий, които включват индий, калай и цинк в различни пропорции, се стопяват при ниски температури, по-малко от 40 ° С и не са нито токсични, нито химически активни. В индустрията има само осем от тях, но вариациите могат да бъдат много по-големи, в зависимост от процента на компонентите.

Съставът на сплавта,%

Точка на топене, ° С

галий

индий

калай

цинк

1

95

5

25

2

92

8

20

3

82

12

6

17

4

76

24

16

5

67

29

4

13

6

67

20.5

12.5

10.6

7

62

25

13

4.85

8

61

25

13

1

3

Тези сплави са течни метали. Те не са токсични, но експертите препоръчват да се работи с тях, за да вземат предпазни мерки и да работят в гумени или памучни ръкавици.

Методи за получаване на течни метали

Ако не говорим за течни метали на базата на галий, тогава на първо място учените търсеха възможността за бързо охлаждане на разтопения метал. Има метод за пръскане на метал с устройство, наподобяващо пулверизатор, в тънък слой върху много студена повърхност. Методът се нарича йонно-плазмено разпрашване. Използва се и нанасяне на течен метал върху въртящ се диск. Във всеки случай, като се използват такива методи, е възможно да се получат тесни ленти от метал, които не могат да бъдат съединени чрез горещи методи, обичайни за кристалните вещества.

Следващата стъпка беше създаването на сплави от метали, които се комбинират лошо един с друг. Експерти от Caltech са разработили сплав, наречена Liquidmetal. Съставът на течния метал включва титан, мед, никел, цирконий и берилий. Когато се охлажда такава сплав, кристализацията настъпва много бавно, тъй като металните атоми са много различни по размер.

Използване на течни метали

Течните метали на базата на галий се използват в пожароизвестителните системи, като охлаждаща течност в охладителни системи с високи работни температури.

По време на периода, в който сплавта "течен метал" се получава под формата на тесни ленти, тя се използва за създаване на кодова маркировка, предназначена за борба с кражба и използване в тръби за покриване на свредла за увеличаване на техния експлоатационен живот.

Когато Liquidmetal е създаден, той започва да се използва в производството на голф клубове. Изчисленията показват, че такъв клуб дава на топката по-мощно енергийно усилие от нормалното.

Експертите Liquidmetal Technologies участват в разработването на водещи производители на ски и бейзболни бухалки.

В отбранителната промишленост, Liquidmetal може да замени обедненият уран в снаряди, пробиващи бронята.

В Русия елементи и микропроводи за особено чувствителни и точни инструменти в медицинското оборудване и електронното оборудване, филтри за защита на ценни книжа и банкноти от фалшиви и много други, бяха направени от течен метал, получен от стопилката, охлаждана на въртящ се диск.

Течни метали като термичен интерфейс

Термичният интерфейс се използва широко в измервателно оборудване, електронни устройства и домашни компютри.

Термичният интерфейс е термично проводима субстанция, която се нанася в тънък слой между повърхността, която трябва да се охлажда, и устройството, предназначено за отстраняване на топлината.

Има високи изисквания към нея:

- постоянна консистенция, която не се променя по време на работа или съхранение;

- стабилност на характеристиките в работния температурен диапазон;

- нетоксични и незапалими;

- лекота на нанасяне и отстраняване от повърхността;

- минимална топлинна устойчивост.

Най-често срещаният тип термичен интерфейс е термично проводима паста, или по-просто термична паста. Течният метал с висок коефициент на топлопроводимост и други свойства най-добре отговаря на изискванията за термична смазка.

В компютрите печатни платки Преработвателите отделят голямо количество топлина. Върху процесора е монтиран охлаждащ механизъм (радиатор). За да се увеличи ефективността на отвеждане на топлината и да се премахне въздушната междина между охладителя и процесора, се използва термична паста.

Продукти за охлаждане

Coollaboratory разработи продукт, състоящ се изцяло от течни метали, без частици и неметални добавки.

Течен метал Coollaboratory Liquid Pro е топлопроводим материал с висока топлопроводимост, външно наподобяващ живак, но нетоксичен, характеризиращ се с висока способност за овлажняване на много материали.

Охлаждащата работна течност Ultra под формата на паста се нанася лесно с четка върху капака за разпределение на топлината на процесора.

Термичен смазочен течен метал

Coollaboratory Liquid Metal Pad е топлопроводящ уплътнител, който лесно се нанася върху повърхността и се топи само при загряване на процесора.

Всички тези течни метали не могат да работят в контакт с алуминий - радиаторът трябва да бъде изработен от мед с никелирана повърхност. Производителят твърди уникален индекс на топлопроводимост Coollaboratory Liquid Metal. Вярно е, че прегледите на този течен метал са двусмислени и много потребители показват съмнения относно заявените характеристики.

Използването на производителите на смартфони с течни метали

В момента американската версия на iPhone идва с инструмент за извличане на SIM карта, с други думи, i-Clip от течен метал.
Течна метална сплав

Но такава уникална субстанция с възможността да приема всяка форма с малка маса, антикорозионни свойства и особено висока якост, висока износоустойчивост, висок коефициент на възстановяване може да се използва за производството на калъфи за смартфони, флаш памети и часовници. Apple планира да произведе ключ Home и повърхността на докосване от течен метал.

HTC също така планира да използва LiquidMetal в производството на калъфи за смартфони. Но тези данни са неофициални.

Но Turing Robotics Industries (TRI), когато създава уникален Android смартфон, Turing Phone използва тежка циркониева, медна, алуминиева, никелова и сребърна сплав, която се нарича liquidmorphium в описанията на смартфонните компоненти, за да се оформи кутията и рамката. Тази сплав е много по-силна от титан и ефективно издържа на удари и отразява светлината по специален начин.

3D печат с течен метал

Специалисти от Университета на Северна Каролина взеха такава сплав от галий и индий, която запазва формата си след отпечатването. Тънък оксиден филм държи отпечатаната структура на топки и нишки, която остава течност вътре. Използвайки технологията на триизмерния печат, можете да направите еластични гъвкави проводници, които могат да издържат на многократно разтягане и компресия.

По-рано, австралийски учени да създадат метални предмети, които трябва да възстановят формата, използваха сплав на галий, калай и индий на основата на галий с точка на топене 19 ° C и специално прахово покритие.

Свойства на течните метали Учените смятат, че такива продукти могат да се изразяват в електрониката.

Бои "течен метал" t

Бои с това име, строго погледнато, не са течен метал.

Течен метал - боя от метални пигменти, фини прахове от цветни метали и сплави от алуминий, мед, цинк, бронз. Металните пигменти включват златен бронз, меден прах, алуминий и цинков прах. Тези бои имат добра адхезия към всякакви повърхности: пластмаси, метали, тъкани, стъкло, мазилка, керамика, дърво. Нанася се равномерно с дюзи от 0,2 мм и се фиксира с лакове на водна основа.

Боядисване на течен метал

Paint "течен метал" марка Maimeri ("Maymer") на базата на смолата се разрежда с алкохол и служи за украса на тънки повърхности - хартия, картон, дърво. Характеризира се с допълнителна устойчивост на износване и окисление.

Течен метал Viva ("Viva") се разрежда с вода и е предназначен за боядисване на порцелан, керамика, керамика, керамика.

Специалната боя е разработена от специалистите на Mercedes Benz за купе CL 65 AMG на базата на най-добрите алуминиеви пигменти. Това покритие отразява добре светлината и сияе интензивно.

В заключение можем да заключим, че понятието "течен метал от белка" не е изчерпателно. Какво друго може да се припише на тази категория материали? "Течен метал" - името е също изкуствени сплави и вещества в аморфното състояние, с свойствата на металите, включително цвят и гланц.