Metallo liquido: struttura, proprietà

Oggi, la solita idea che il metallo nel suo stato normale sia solido viene scossa. Per lungo tempo si è creduto che l'unica eccezione a questa affermazione fosse il mercurio, che rimane allo stato liquido fino a -39 ° C. La risposta alla domanda su quale metallo sia liquido non è così semplice.

Metalli liquidi in natura

In effetti, il mercurio non è l'unico metallo liquido al mondo. Sono anche noti gallio, cesio e francio, che si trovano allo stato liquido fino a + 30 ° C.

Il gallio è molto usato, ad esempio, nell'elettronica. Oltre al fatto che si scioglie a basse temperature, il gallio, e questo è il suo principale vantaggio, bolle ad una temperatura non inferiore a 2230 ° C. L'intervallo di fusione straordinariamente ampio rende possibile l'uso di questo elemento nel funzionamento dei reattori atomici.

Il cesio non è un elemento meno richiesto, nonostante sia estremamente piccolo nella crosta terrestre e la sua estrazione sia difficile.

E qui elemento radioattivo La Francia, la cui emivita è di poco più di 22 minuti, si forma durante la rottura dell'anemone di mare, ed è ancora sconosciuto quale sia il suo aspetto. Persino gli scienziati sanno molto poco di lui e questa conoscenza viene accumulata un po 'alla volta. I laboratori scientifici conducono studi su questo elemento su campioni di una massa di un decimilionesimo di grammo, che ogni ventidue minuti si riducono della metà.

Cioè, a temperature leggermente diverse dalla temperatura ambiente, quattro elementi della tavola periodica possono essere chiamati metalli liquidi, incluso il mercurio.

Struttura metallica

Nei metalli, gli atomi sono disposti in un rigoroso ordine geometrico e formano un reticolo cristallino. I loro tipi in diversi metalli e leghe differiscono a seconda del numero e della disposizione degli atomi.

Nei metalli fusi, gli atomi sono in movimento caotico e i legami tra di loro sono rotti.

Il solito metallo liquido fuso della martora è solo un materiale con un reticolo cristallino e le solite proprietà di un solido a temperatura normale.

Quando si raffredda un metallo liquido, inizia il processo di cristallizzazione, la cui velocità aumenta con la diminuzione della temperatura. I legami tra gli atomi vengono ripristinati e formati reticolo cristallino. La violazione dell'integrità del metallo, ad esempio, la formazione di ruggine o crepe, si verifica esattamente ai confini tra i cristalli. Cioè, se non ci sono confini chiari tra i cristalli, non solo le proprietà meccaniche, ma anche elettriche e magnetiche del cambio di metallo.

Proprietà dei metalli liquidi

Gli scienziati dicono che i materiali amorfi possono essere dieci volte più forti degli analoghi cristallini e loro resistenza elettrica più di cinque volte. Inoltre, a temperatura normale, sono in grado di conservare le proprietà per più di cento anni, ma il calore è scarsamente tollerato.

Se il metallo liquido della martora si raffredda così rapidamente che i legami tra gli atomi e i cristalli non hanno il tempo di recuperare, si ottiene una sostanza in uno stato amorfo, che unisce le proprietà di metalli e liquidi.

Ha la tensione superficiale e la viscosità dei liquidi e si restringe e riflette le onde elettromagnetiche, come qualsiasi metallo. La struttura dei metalli liquidi è un accumulo caotico di atomi senza legami rigidi tra loro.

Poiché non esiste una struttura cristallina, tali sostanze hanno notevoli proprietà magnetiche, elevata resistenza alla trazione e tenacità.

Il metallo liquido è più del doppio del titanio, non arrugginisce e può essere stampato sulla forma, anche il più complesso, come qualsiasi altro materiale plastico. Allo stesso tempo, dopo la colata, non è necessaria alcuna lavorazione aggiuntiva del prodotto - ha contorni chiari e una superficie perfettamente liscia.

Metalli liquidi a base di gallio

Leghe basate su metalli a basso punto di fusione, e ce ne sono una trentina nell'industria globale, hanno un punto di fusione inferiore a 70 ° C. Molti di loro sono chimicamente attivi e tossici. Le leghe a base di gallio, che includono indio, stagno e zinco in proporzioni diverse, fondono a basse temperature, a meno di 40 ° C, e non sono né tossiche né chimicamente attive. Nell'industria ce ne sono solo otto, ma le variazioni possono essere molto più grandi, a seconda della percentuale di componenti.

Queste leghe sono metalli liquidi. Non sono tossici, ma gli esperti raccomandano di lavorare con loro per prendere precauzioni e lavorare con guanti di gomma o di cotone.

Metodi per la produzione di metalli liquidi

Se non parli di metalli liquidi a base di gallio, allora, prima di tutto, gli scienziati stavano cercando la possibilità di un rapido raffreddamento del metallo fuso. C'è un metodo di spruzzatura del metallo con un dispositivo simile a un atomizzatore, in uno strato sottile su una superficie molto fredda. Il metodo è chiamato sputtering al plasma ionico. Usato e l'applicazione di metallo liquido su un disco rotante. In ogni caso, utilizzando tali metodi è stato possibile ottenere strette strisce di metallo, che non possono essere unite tra loro con metodi caldi comuni alle sostanze cristalline.

Il passo successivo è stato la creazione di leghe da metalli, che sono combinati male l'uno con l'altro. Gli esperti di Caltech hanno sviluppato una lega chiamata Liquidmetal. La composizione del metallo liquido include titanio, rame, nichel, zirconio e berillio. Quando si raffredda una simile lega, la cristallizzazione avviene molto lentamente, poiché gli atomi di metallo hanno dimensioni molto diverse.

Uso di metalli liquidi

I metalli liquidi a base di gallio sono utilizzati nei sistemi di allarme antincendio, come refrigerante nei sistemi di raffreddamento con alte temperature di esercizio.

Durante il periodo in cui la lega "metallo liquido" è stata ottenuta sotto forma di nastri stretti, è stato utilizzato per creare una marcatura di codice progettata per combattere il furto e l'uso in tubi di perforazione per aumentare la loro durata.

Quando fu creato Liquidmetal, iniziò ad essere utilizzato nella produzione di mazze da golf. I calcoli hanno mostrato che una mazza del genere conferisce alla palla uno sforzo energetico più potente del normale.

Gli esperti di Liquidmetal Technologies sono coinvolti nello sviluppo dei principali produttori di sci e mazze da baseball.

Nel settore della difesa, Liquidmetal può sostituire l'uranio impoverito in armature piercing proiettili.

In Russia, elementi e microwires per strumenti particolarmente sensibili e precisi nella fabbricazione di strumenti medici e apparecchiature elettroniche, filtri per la protezione di titoli e banconote da contraffazione e molto altro, sono stati realizzati con metallo liquido ottenuto da un fuso raffreddato su un disco rotante.

Metalli liquidi come interfaccia termica

L'interfaccia termica è ampiamente utilizzata nelle apparecchiature di misurazione, nei dispositivi elettronici e nei computer di casa.

Un'interfaccia termica è una sostanza termoconduttiva che viene applicata in uno strato sottile tra la superficie che deve essere raffreddata e il dispositivo progettato per rimuovere il calore.

Ci sono requisiti elevati per questo:

- una consistenza costante che non cambia durante il funzionamento o la conservazione;

- stabilità delle caratteristiche nell'intervallo della temperatura di esercizio;

- non tossico e non infiammabile;

- facilità di applicazione e rimozione dalla superficie;

- resistenza termica minima.

Il tipo più comune di interfaccia termica è la pasta termoconduttiva o, più semplicemente, la pasta termica. Il metallo liquido con un alto coefficiente di conduttività termica e altre proprietà può soddisfare al meglio i requisiti per il grasso termico.

Nei computer circuiti stampati I processori emettono una grande quantità di calore. Un meccanismo di raffreddamento (radiatore) è installato sulla parte superiore del processore. Per aumentare l'efficienza della rimozione del calore e rimuovere il traferro tra il refrigeratore e il processore, viene utilizzata la pasta termica.

Prodotti Coollaboratory

Coollaboratory ha sviluppato un prodotto costituito interamente da metalli liquidi, privo di particolato e additivi non metallici.

Liquid metal Coollaboratory Liquid Pro è un materiale termoconduttivo ad alta conduttività termica, esternamente simile al mercurio, ma non tossico, caratterizzato da un'elevata capacità di bagnatura di molti materiali.

Il liquido ultra-freddo a forma di pasta si applica facilmente con un pennello sulla copertura di distribuzione del calore del processore.

Coollaboratory Liquid Metal Pad è una guarnizione termoconduttiva che si applica facilmente alla superficie e si scioglie solo quando il processore viene riscaldato.

Tutti questi metalli liquidi non possono lavorare a contatto con l'alluminio - il radiatore deve essere fatto di rame con una placcatura di nichel. Il produttore dichiara l'esclusivo indice di conduttività termica Coollaboratory Liquid Metal. È vero, le recensioni di questo metallo liquido sono ambigue e molti utenti mostrano dubbi sulle caratteristiche dichiarate.

L'uso di produttori di metalli liquidi di smartphone

Attualmente, la versione americana di iPhone è dotata di uno strumento per estrarre una scheda SIM, in altre parole una i-Clip da metallo liquido.

Ma una sostanza così unica con la capacità di assumere qualsiasi forma con una piccola massa, proprietà anti-corrosione e particolarmente alta resistenza, elevata resistenza all'usura, alto coefficiente di recupero può essere utilizzata per la produzione di custodie di smartphone, flash drive e orologi. Apple progetta di produrre la chiave di casa e la superficie tattile dal metallo liquido.

HTC prevede inoltre di utilizzare LiquidMetal nella produzione di custodie di smartphone. Ma questi dati non sono ufficiali.

Ma Turing Robotics Industries (TRI), quando crea uno smartphone Android unico, Turing Phone utilizza una lega heavy-duty in zirconio, rame, alluminio, nickel e argento, che si chiama liquidmorphium nelle descrizioni dei componenti dello smartphone, per incorniciare la cassa e il bordo del display. Questa lega è molto più forte del titanio e resiste efficacemente agli urti e riflette la luce in un modo speciale.

Stampa 3D usando metallo liquido

Gli specialisti dell'Università del North Carolina hanno raccolto una lega di gallio e indio, che mantiene la sua forma dopo la stampa. Un sottile film di ossido contiene la struttura stampata di sfere e filamenti, che rimane liquido all'interno. Utilizzando la tecnologia della stampa tridimensionale, è possibile realizzare fili flessibili elastici in grado di resistere a stiramenti e compressione ripetuti.

In precedenza, gli scienziati australiani per creare oggetti metallici che devono ripristinare la forma, hanno utilizzato una lega di gallio, stagno e indio a base di gallio con un punto di fusione di 19 ° C e uno speciale rivestimento a polvere.

Gli scienziati ritengono che tali prodotti siano in grado di esprimersi in elettronica.

Dipinge "metallo liquido"

Le pitture con questo nome, in senso stretto, non sono metallo liquido.

Metallo liquido - vernice da pigmenti metallici, polveri fini di metalli non ferrosi e leghe di alluminio, rame, zinco, bronzo. I pigmenti metallici includono bronzo dorato, polvere di rame, alluminio e polvere di zinco. Tali vernici hanno una buona adesione con qualsiasi superficie: plastica, metalli, tessuti, vetro, gesso, ceramica, legno. Ugualmente spruzzato con ugelli da 0,2 mm e fissato con vernici all'acqua.

Dipingere "metallo liquido" marca Maimeri ("Maymer") sulla base della resina è diluito con alcool e serve a decorare superfici sottili - carta, cartone, legno. È caratterizzato da un'ulteriore resistenza all'usura e all'ossidazione.

Metallo liquido Viva ("Viva") è diluito con acqua ed è inteso per la pittura di porcellana, terracotta, ceramica, ceramica.

La vernice speciale è stata sviluppata dagli specialisti di Mercedes Benz per il coupé CL 65 AMG basato sui migliori pigmenti di alluminio. Questo rivestimento riflette bene la luce e brilla intensamente.

In conclusione, possiamo concludere che il concetto di "metallo liquido dalla martora" non è completo. Cos'altro può essere attribuito a questa categoria di materiali? "Metallo liquido" - il nome è anche leghe e sostanze artificiali allo stato amorfo, con le proprietà dei metalli, inclusi il colore e la lucentezza.