Tekoča kovina: struktura, lastnosti

Danes je običajna ideja, da je kovina v normalnem stanju trdna, pretresena. Dolgo časa je veljalo, da je edina izjema v tej trditvi živo srebro, ki ostaja v tekočem stanju do -39 ° C. Odgovor na vprašanje, katera kovina je tekoča, ni tako enostavna.

Tekoče kovine v naravi

Dejansko živo srebro ni edina tekoča kovina na svetu. Znani so tudi galij, cezij in francij, ki so v tekočem stanju do + 30 ° C.

Galij se zelo pogosto uporablja, na primer v elektroniki. Poleg tega, da se topi pri nizkih temperaturah, galij in to je njegova glavna prednost, vre pri temperaturi, ki ni nižja od 2230 ° C. Nenavadno širok razpon taline omogoča uporabo tega elementa pri delovanju atomskih reaktorjev.

Cezij ni nič manj zahteven element, kljub dejstvu, da je v zemeljski skorji zelo majhen in da je njegovo pridobivanje težko.

In tukaj radioaktivni element Francija, katere razpolovna doba je malo več kot 22 minut, nastane med razpadom morske vetrnice in še vedno ni znano, kako izgleda. Celo znanstveniki vedo zelo malo o njem, in to znanje se nabere malo po malo. Znanstveni laboratoriji izvajajo študije tega elementa na vzorcih z maso deset milijontega grama, ki se vsakih 22 minut zmanjša za polovico.

To pomeni, da se pri temperaturah, ki se nekoliko razlikujejo od sobne temperature, štirje elementi periodnega sistema lahko imenujejo tekoče kovine, vključno z živim srebrom.

Kovinska struktura

Pri kovinah so atomi razporejeni v strogem geometrijskem redu in tvorijo kristalno mrežo. Njihove vrste v različnih kovinah in zlitinah se razlikujejo glede na število in razporeditev atomov.

V staljenih kovinah so atomi v kaotičnem gibanju in zlomi med njimi.

Običajna staljena tekoča kovina iz kune je samo material s kristalno mrežo in običajnimi lastnostmi trdne snovi pri normalni temperaturi.

Pri ohlajanju tekoče kovine se začne postopek kristalizacije, ki se poveča s padajočo temperaturo. Povezave med atomi so obnovljene in oblikovane kristalne rešetke. Kršitev celovitosti kovine, na primer nastajanje rje ali razpok, se pojavi prav na mejah med kristali. To je, če ni jasnih meja med kristali, ne le mehanske, ampak tudi električne in magnetne lastnosti kovinske spremembe.

Lastnosti tekočih kovin

Znanstveniki pravijo, da so lahko amorfni materiali desetkrat močnejši od kristalnih analogov in njihovih električni upor več kot petkrat. Poleg tega lahko pri normalni temperaturi ohranijo lastnosti več kot sto let, vendar se toplota slabo prenaša.

Če tekoča kovina iz kune, da se ohladi tako hitro, da so vezi med atomi in kristali nimajo časa, da si opomore, potem dobiš snov v amorfnem stanju, ki združuje lastnosti kovin in tekočin.

Ima površinsko napetost in viskoznost tekočin, skrči se in odbija elektromagnetna valovanja, kot vsaka kovina. Struktura tekočih kovin je kaotično kopičenje atomov brez trdih vezi med njimi.

Ker ni kristalne strukture, imajo takšne snovi izjemne magnetne lastnosti, visoko natezno trdnost in žilavost.

Tekoča kovina je več kot dvakrat močnejša od titana, ne rja in se lahko oblikuje v obliko, celo najbolj zapleteno, kot vsak plastični material. Hkrati po litju ni potrebna dodatna obdelava izdelka - ima jasne obrise in popolnoma gladko površino.

Tekoče kovine na osnovi galija

Zlitine na osnovi kovin z nizkim tališčem, ki jih je v svetovni industriji približno trideset, imajo tališče pod 70 ° C. Večina je kemično aktivnih in strupenih. Zlitine na osnovi galija, ki vključujejo indij, kositer in cink v različnih razmerjih, se tali pri nizkih temperaturah, manj kot 40 ° C, in niso niti strupene niti kemično aktivne. V industriji jih je le osem, razlike pa so lahko veliko večje, odvisno od odstotka komponent.

Te zlitine so tekoče kovine. Niso toksični, vendar strokovnjaki priporočajo delo z njimi, da sprejmejo previdnostne ukrepe in delajo v gumijastih ali bombažnih rokavicah.

Metode za proizvodnjo tekočih kovin

Če ne govorimo o tekočih kovinah na osnovi galija, potem najprej znanstveniki iščejo možnost hitrega ohlajanja staljene kovine. Obstaja metoda škropljenja kovin z napravo, ki je podobna razpršilniku, v tankem sloju na zelo hladni površini. Metoda se imenuje ionsko-plazemsko naprševanje. Uporabljena in nanos tekoče kovine na rotirajočem disku. V vsakem primeru je bilo s takšnimi metodami mogoče dobiti ozke kovinske trakove, ki jih ne moremo združiti z vročimi metodami, ki so skupne kristaliničnim snovem.

Naslednji korak je bila izdelava zlitin iz kovin, ki so med seboj slabo povezane. Strokovnjaki podjetja Caltech so razvili zlitino, imenovano Liquidmetal. Sestava tekoče kovine vključuje titan, baker, nikelj, cirkonij in berilij. Pri ohlajanju takšne zlitine pride do kristalizacije zelo počasi, saj so kovinski atomi zelo različni po velikosti.

Uporaba tekočih kovin

Tekoče kovine na osnovi galija se uporabljajo v požarnih alarmnih sistemih, kot hladilno sredstvo v hladilnih sistemih z visokimi delovnimi temperaturami.

V obdobju, ko je bila zlitina "tekoča kovina" pridobljena v obliki ozkih trakov, je bila uporabljena za izdelavo kodne oznake za boj proti kraji in uporabo v ceveh za vrtanje premazov za povečanje njihove življenjske dobe.

Ko je bil Liquidmetal ustvarjen, se je začel uporabljati v proizvodnji palic za golf. Izračuni so pokazali, da tak klub daje močnejši energiji kot običajno.

Strokovnjaki Liquidmetal Technologies sodelujejo pri razvoju vodilnih proizvajalcev smuči palice za baseball.

V obrambni industriji lahko Liquidmetal nadomesti osiromašeni uran v oklepu za prebadanje izstrelkov.

V Rusiji so bili elementi in mikrovalovne žice za posebej občutljive in natančne instrumente v medicinski opremi in elektronski opremi, filtri za zaščito vrednostnih papirjev in bankovci ponarejenih in še veliko več, izdelani iz tekoče kovine, pridobljene iz taline, hlajene na rotirajočem disku.

Tekoče kovine kot toplotni vmesnik

Termični vmesnik se pogosto uporablja v merilni opremi, elektronskih napravah in domačih računalnikih.

Toplotni vmesnik je toplotno prevodna snov, ki se nanese v tankem sloju med površino, ki jo je treba ohladiti, in napravo za odstranjevanje toplote.

Za to obstajajo visoke zahteve:

- stalna konsistenca, ki se med delovanjem ali shranjevanjem ne spreminja;

- stabilnost karakteristik v delovnem temperaturnem območju;

- nestrupeno in nevnetljivo;

- enostavnost nanašanja in odstranjevanja s površine;

- minimalna toplotna upornost.

Najpogostejši tip toplotnega vmesnika je toplotno prevodna pasta, ali preprosteje termalna pasta. Tekoča kovina z visokim koeficientom toplotne prevodnosti in drugimi lastnostmi najbolje ustreza zahtevam za termalno mast.

V računalnikih tiskana vezja Predelovalci oddajajo veliko količino toplote. Na vrhu procesorja je nameščen hladilni mehanizem (radiator). Za povečanje učinkovitosti odvajanja toplote in odstranitev zračne reže med hladilnikom in procesorjem se uporablja termična pasta.

Coollaboratorijski izdelki

Coollaboratory je razvil izdelek, ki v celoti sestoji iz tekočih kovin, brez delcev in nekovinskih dodatkov.

Tekoča kovina Coollaboratory Liquid Pro je toplotno prevoden material z visoko toplotno prevodnostjo, zunanjost spominja na živo srebro, vendar je nestrupen, za katerega je značilna visoka sposobnost navlažitve mnogih materialov.

Hladna tekoča tekočina Ultra v obliki paste se enostavno nanese s čopičem na pokrov za distribucijo toplote procesorja.

Coollaboratory Liquid Metal Pad je toplotno prevodno tesnilo, ki se enostavno nanaša na površino in se topi šele, ko se procesor segreje.

Vse te tekoče kovine ne morejo delovati v stiku z aluminijem - radiator mora biti izdelan iz bakra s ponikljanimi. Proizvajalec trdi, da je edinstven indeks toplotne prevodnosti Coollaboratory Liquid Metal. Res je, da so pregledi te tekoče kovine dvoumni in mnogi uporabniki dvomijo o navedenih značilnostih.

Uporaba proizvajalcev pametnih telefonov za tekoče kovine

Trenutno je ameriška različica iPhonea opremljena z orodjem za pridobivanje kartice SIM, z drugimi besedami, i-Clip iz tekoče kovine.

Toda tako edinstveno snov s sposobnostjo, da sprejme kakršno koli obliko z majhno maso, antikorozijske lastnosti in še posebej visoke trdnosti, visoko odpornost proti obrabi, visok izkoristek koeficient se lahko uporablja za izdelavo primerih pametne telefone, flash pogoni in ure. Apple namerava izdelati ključ Home in površino dotika iz tekočih kovin.

HTC načrtuje tudi uporabo LiquidMetal pri izdelavi ohišij pametnih telefonov. Toda ti podatki so neuradni.

Turing Tvornica Turingov (Turing Robotics Industries, TRI) pri ustvarjanju edinstvenega pametnega telefona Android Turing Phone uporablja izredno zahtevne cirkonijeve, bakrene, aluminijeve, nikljeve in srebrne zlitine, ki se v opisih komponent pametnega telefona imenujejo liquidmorphium. Ta zlitina je veliko močnejša od titana in učinkovito prenaša udarce in na poseben način odseva svetlobo.

3D tiskanje z uporabo tekoče kovine

Strokovnjaki z Univerze v Severni Karolini so vzeli takšno zlitino galija in indija, ki po tiskanju ohranja svojo obliko. Tanek oksidni film vsebuje natisnjeno strukturo kroglic in filamentov, ki ostane tekočina v notranjosti. S tehnologijo tridimenzionalnega tiskanja lahko izdelate elastične prožne žice, ki lahko zdržijo večkratno raztezanje in stiskanje.

Prej, avstralski znanstveniki za ustvarjanje kovinskih predmetov, ki morajo obnoviti obliko, uporablja zlitine na osnovi galija, kalija in indija z tališčem 19 ° C in posebno prašno lakiranje.

Znanstveniki verjamejo, da se takšni izdelki lahko izražajo v elektroniki.

Barve "tekoča kovina" t

Barve s tem imenom, strogo gledano, niso tekoče kovine.

Tekoča kovina - barva iz kovinskih pigmentov, fini prah barvnih kovin in zlitin aluminija, bakra, cinka, brona. Kovinski pigmenti vključujejo zlati bron, bakrov prah, aluminij in cinkov prah. Takšne barve imajo dobro oprijemljivost na vse površine: plastiko, kovine, tkanine, steklo, mavec, keramiko, les. Enakomerno poškropimo z šobami od 0,2 mm in pritrdimo z laki na vodni osnovi.

Barva "tekoče kovine" blagovne znamke Maimeri ("Maymer") na podlagi smole se razredči z alkoholom in služi za dekoriranje tankih površin - papir, karton, les. Zanj je značilna dodatna odpornost proti obrabi in oksidaciji.

Tekoča kovina Viva ("Viva") se razredči z vodo in je namenjena barvanju porcelana, keramike, lončarstva.

Specialne barve so razvili Mercedes Benz specialisti za CL 65 AMG coupe, ki temelji na najboljših aluminijastih pigmentih. Ta prevleka dobro odseva svetlobo in intenzivno sije.

V zaključku lahko sklepamo, da koncept "tekoče kovine iz kune" ni celovit. Kaj še lahko pripišemo tej kategoriji materialov? "Tekoča kovina" - ime so tudi umetne zlitine in snovi v amorfnem stanju, z lastnostmi kovin, vključno z barvo in sijajem.