Tekući metal: struktura, svojstva

Danas je uobičajena ideja da je metal u svom normalnom stanju čvrst. Dugo vremena se smatralo da je jedina iznimka u ovoj tvrdnji živa, koja ostaje u tekućem stanju do -39 ° C. Odgovor na pitanje koji metal je tekući nije tako jednostavan.

Tekući metali u prirodi

Zapravo, živa nije jedini tekući metal na svijetu. Poznati su i galij, cezij i francij, koji su u tekućem stanju do + 30 ° C.

Galij se vrlo široko koristi, na primjer, u elektronici. Osim što se topi na niskim temperaturama, galij, a to je njegova glavna prednost, kipi na temperaturi ne nižoj od 2230 ° C. Neobično širok raspon taline omogućuje korištenje ovog elementa u radu atomskih reaktora.

Cezij nije manje tražen element, unatoč činjenici da je iznimno malen u zemljinoj kori i da je ekstrakcija teška.

I ovdje radioaktivni element Francuska, čije je vrijeme poluraspada nešto više od 22 minute, formira se tijekom raspada morske anemone, a još nije poznato kako izgleda. Čak i znanstvenici znaju vrlo malo o njemu i to znanje se akumulira malo po malo. Znanstveni laboratoriji provode studije ovog elementa na uzorcima mase od deset milijunti dio grama, koji se svakih dvadeset minuta smanjuju za polovicu.

To jest, na temperaturama koje se malo razlikuju od sobne temperature, četiri elementa periodnog sustava mogu se nazvati tekućim metalima, uključujući živu.

Metalna konstrukcija

U metalima su atomi raspoređeni u strogom geometrijskom poretku i tvore kristalnu rešetku. Njihovi tipovi u različitim metalima i legurama razlikuju se ovisno o broju i rasporedu atoma.

U rastaljenim metalima, atomi su u kaotičnom gibanju, a veze između njih su razbijene.

Uobičajeni tekući metal iz kune je samo materijal s kristalnom rešetkom i uobičajena svojstva krute tvari na normalnoj temperaturi.

Prilikom hlađenja tekućeg metala počinje proces kristalizacije, čija se brzina povećava s padom temperature. Veze između atoma su obnovljene i formirane kristalna rešetka. Kršenje integriteta metala, na primjer, stvaranje rđe ili pukotina, događa se upravo na granicama između kristala. To jest, ako ne postoje jasne granice između kristala, ne samo mehanička, već i električna i magnetska svojstva promjene metala.

Svojstva tekućih metala

Znanstvenici kažu da amorfni materijali mogu biti deset puta jači od kristalnih analoga i njihovih električni otpor pet puta. Štoviše, na normalnoj temperaturi mogu zadržati svojstva više od stotinu godina, ali toplina se slabo podnosi.

Ako se tekući metal iz kune hladi tako brzo da veze između atoma i kristala nemaju vremena za oporavak, tada dobivate tvar u amorfnom stanju, kombinirajući svojstva metala i tekućina.

Ima površinsku napetost i viskoznost tekućina, a skuplja se i reflektira elektromagnetske valove, poput bilo kojeg metala. Struktura tekućih metala je kaotična akumulacija atoma bez krutih veza između njih.

Budući da nema kristalne strukture, takve tvari imaju izvanredna magnetska svojstva, visoku vlačnu čvrstoću i žilavost.

Tekući metal je dvostruko jači od titana, ne hrđa te se može oblikovati u oblik, čak i najsloženiji, poput bilo kojeg plastičnog materijala. U isto vrijeme, nakon lijevanja, nije potrebna dodatna obrada proizvoda - ima jasne obrise i savršeno glatku površinu.

Tekući metali na bazi galija

Legure na bazi metala s niskim talištem, a njih tridesetak u globalnoj industriji, imaju talište ispod 70 ° C. Većina ih je kemijski aktivna i toksična. Legure na bazi galija, koje uključuju indij, kositar i cink u različitim omjerima, tale se na niskim temperaturama, manje od 40 ° C, i nisu niti otrovne niti kemijski aktivne. U industriji ih je samo osam, ali varijacije mogu biti mnogo veće, ovisno o postotku komponenti.

Ove legure su tekući metali. Oni nisu otrovni, ali stručnjaci preporučuju rad s njima kako bi poduzeli mjere opreza i radili u gumenim ili pamučnim rukavicama.

Metode za proizvodnju tekućih metala

Ako ne govorimo o tekućim metalima na bazi galija, onda prije svega znanstvenici traže mogućnost brzog hlađenja rastaljenog metala. Postoji metoda prskanja metala uređajem nalik atomizeru, u tankom sloju na vrlo hladnoj površini. Metoda se naziva ionsko-plazma raspršivanje. Koristi se i nanosi tekući metal na rotirajući disk. U svakom slučaju, korištenjem takvih metoda moguće je dobiti uske trake od metala, koje se ne mogu spojiti vrućim metodama koje su zajedničke kristalnim tvarima.

Sljedeći korak bio je stvaranje legura iz metala, koje su međusobno loše kombinirane. Stručnjaci tvrtke Caltech razvili su leguru zvanu Liquidmetal. Sastav tekućeg metala uključuje titan, bakar, nikal, cirkonij i berilij. Kada se takva legura ohladi, kristalizacija se odvija vrlo sporo, jer su metalni atomi vrlo različiti po veličini.

Uporaba tekućih metala

Tekući metali na bazi galija koriste se u protupožarnim sustavima, kao rashladno sredstvo u rashladnim sustavima s visokim radnim temperaturama.

Tijekom razdoblja kada je legura "tekućeg metala" dobivena u obliku uskih vrpci, korištena je za izradu kodne oznake namijenjene za borbu protiv krađe i korištenje u cijevima za bušenje kako bi se povećao njihov vijek trajanja.

Kada je Liquidmetal stvoren, počeo se koristiti u proizvodnji golf klubova. Izračuni su pokazali da takav klub daje lopti snažniji energetski napor nego što je to uobičajeno.

Stručnjaci Liquidmetal Technologies uključeni su u razvoj vodećih proizvođača skija palice za bejzbol.

U obrambenoj industriji Liquidmetal može zamijeniti osiromašeni uranij u oklopu za probadanje projektila.

U Rusiji su elementi i mikroklade za posebno osjetljive i precizne instrumente u medicinskoj opremi i elektroničkoj opremi, filteri za zaštitu vrijednosnih papira i novčanice od krivotvorenih i još mnogo toga, napravljeni od tekućeg metala dobivenog iz otopine koja se hladi na rotirajućem disku.

Tekući metali kao toplinsko sučelje

Toplinsko sučelje se široko koristi u mjernoj opremi, elektroničkim uređajima i kućnim računalima.

Toplinsko sučelje je toplinski vodljiva tvar koja se nanosi u tankom sloju između površine koja se treba ohladiti i uređaja dizajniranog za uklanjanje topline.

Za to postoje visoki zahtjevi:

- stalnu konzistenciju koja se ne mijenja tijekom rada ili skladištenja;

- stabilnost karakteristika u rasponu radne temperature;

- netoksični i nezapaljivi;

- jednostavnost primjene i uklanjanje s površine;

- minimalni toplinski otpor.

Najčešći tip toplinskog sučelja je toplinski vodljiva pasta, ili jednostavnije termalna pasta. Tekući metal s visokim koeficijentom toplinske vodljivosti i drugim svojstvima može najbolje zadovoljiti zahtjeve za termalnu mast.

U računalima tiskane pločice Procesori ispuštaju veliku količinu topline. Mehanizam za hlađenje (radijator) postavljen je na vrh procesora. Za povećanje učinkovitosti uklanjanja topline i uklanjanje zračnog raspora između hladnjaka i procesora koristi se termalna pasta.

Proizvodi od hladnog laboratorija

Coollaboratory razvio proizvod koji se sastoji isključivo od tekućih metala, bez čestica i nemetalnih aditiva.

Tekući metal Coollaboratory Liquid Pro je toplinski vodljivi materijal s visokom toplinskom vodljivošću, vanjski nalik na živu, ali netoksičan, karakteriziran visokom sposobnošću vlaženja mnogih materijala.

Hladna tekućina Ultra u obliku paste lako se nanosi četkom na poklopac za distribuciju topline procesora.

Coollaboratory Liquid Metal Pad je brtva koja provodi toplinu koja se lako nanosi na površinu i topi se samo kad se procesor zagrije.

Svi ti tekući metali ne mogu raditi u kontaktu s aluminijem - radijator mora biti izrađen od bakra s niklovanom. Proizvođač tvrdi jedinstveni indeks toplinske vodljivosti Coollaboratory Liquid Metal. Istina, recenzije ovog tekućeg metala su dvosmislene, a mnogi korisnici pokazuju sumnje u navedene karakteristike.

Korištenje proizvođača tekućih metala za pametne telefone

Trenutno, američka verzija iPhonea dolazi s alatom za vađenje SIM kartice, drugim riječima, i-Clip iz tekućeg metala.

No, takva jedinstvena tvar s mogućnošću da se bilo koji oblik s malom masom, anti-korozijska svojstva i posebno visoke čvrstoće, visoke otpornosti na habanje, visoki koeficijent oporavka može se koristiti za proizvodnju slučajeva smartphone, flash diskove i satove. Apple planira proizvesti ključ Home i površinu dodira iz tekućeg metala.

HTC također planira koristiti LiquidMetal u proizvodnji kućišta pametnih telefona. Ali ti podaci su neslužbeni.

No, Turingov Robotics Industries (TRI), pri stvaranju jedinstvenog Android pametnog telefona, Turingov telefon koristi tešku cirkonijsku, bakrenu, aluminijsku, nikal i srebrnu leguru, koja se u opisima komponenti pametnog telefona naziva liquidmorphium, kako bi uokvirila prikaz kućišta i okvira. Ova legura je mnogo jača od titana i učinkovito podnosi udarce i reflektira svjetlo na poseban način.

3D ispis pomoću tekućeg metala

Stručnjaci sa Sveučilišta Sjeverne Karoline pokupili su takvu leguru galija i indija koja zadržava svoj oblik nakon ispisa. Tanki oksidni film drži tiskanu strukturu kuglica i filamenata, koja ostaje tekuća iznutra. Koristeći tehnologiju trodimenzionalnog ispisa, možete napraviti elastične fleksibilne žice koje mogu izdržati višestruko rastezanje i kompresiju.

Ranije, australski znanstvenici su stvorili metalne predmete koji moraju obnoviti oblik, a koristili su leguru na bazi galija, galija, kositra i indija s točkom taljenja 19 ° C i posebnim premazom u prahu.

Znanstvenici vjeruju da se takvi proizvodi mogu izraziti u elektroniki.

Boje "tekući metal"

Boje s ovim imenom, strogo govoreći, nisu tekući metal.

Tečni metal - boja od metalnih pigmenata, fini prah obojenih metala i legure aluminija, bakra, cinka, bronce. Metalni pigmenti uključuju zlatnu broncu, bakreni prah, aluminij i cink u prahu. Takve boje imaju dobru adheziju sa svim površinama: plastikom, metalima, tkaninama, staklom, gipsom, keramikom, drvom. Ravnomjerno poprskati mlaznicama od 0,2 mm i pričvrstiti lakovima na vodenoj bazi.

Boja "tekući metal" marke Maimeri ("Maymer") na bazi smole je razrijeđena alkoholom i služi za dekoriranje tankih površina - papira, kartona, drva. Odlikuje se dodatnom otpornošću na trošenje i oksidaciju.

Tekući metal Viva ("Viva") razrijeđen je vodom i namijenjen je slikanju porculana, keramike, keramike.

Specijalnu boju razvili su Mercedes Benzovi stručnjaci za CL 65 AMG kupe na temelju najfinijeg aluminijskog pigmenta. Ovaj premaz dobro reflektira svjetlost i intenzivno sjaji.

U zaključku možemo zaključiti da koncept "tekućeg metala iz kune" nije sveobuhvatan. Što se još može pripisati ovoj kategoriji materijala? "Tekući metal" - ime su također umjetne legure i tvari u amorfnom stanju, sa svojstvima metala, uključujući boju i sjaj.