Металл в жидком состоянии: Жидкий металл: структура, свойства :: SYL.ru

Жидкий металл: структура, свойства :: SYL.ru

Сегодня уже поколебалось привычное представление о том, что металл в обычном состоянии – вещество твердое. Долгое время считалось, что единственное исключение из этого утверждения – ртуть, которая в жидком состоянии остается до -39° C. Ответ на вопрос о том, какой металл жидкий, не так однозначен.

Жидкие металлы в природе

На самом деле ртуть не является единственным в мире жидким металлом. Известны еще галлий, цезий и франций, которые находятся в жидком состоянии до +30° C.

Галлий очень широко применяется, например, в электронике. Кроме того, что он плавится при низких температурах, галлий, и это главное его достоинство, закипает при температуре не ниже 2230° C. Необычайно широкий интервал расплава дает возможность использовать этот элемент в работе атомных реакторов.

Не менее востребованным элементом является цезий, несмотря на то что его в земной коре крайне мало и добыча его затруднена.

А вот радиоактивный элемент франций, период полураспада которого составляет чуть больше 22 минут, образуется при распаде актиния, и до сих пор неизвестно, как он выглядит. Даже ученые о нем знают очень мало, и знания эти накапливаются по крупицам. Научные лаборатории проводят исследования этого элемента на образцах массой в одну десятимиллионную долю грамма, которая каждые двадцать две с небольшим минуты уменьшается вдвое.

То есть при температурах, немногим отличающихся от комнатной, жидкими металлами можно назвать четыре элемента периодической таблицы Менделеева, включая ртуть.

Строение металлов

В металлах атомы располагаются в строгом геометрическом порядке и образуют кристаллическую решетку. Их виды в разных металлах и сплавах различаются в зависимости от количества и расположения атомов.

В расплавленных металлах атомы находятся в хаотическом движении, и связи между ними нарушаются.

Обычный расплавленный жидкий металл из мартена – это всего лишь материал с кристаллической решеткой и обычными свойствами твердого тела при нормальной температуре.

При охлаждении жидкого металла начинается процесс кристаллизации, скорость которого возрастает с понижением температуры. Связи между атомами восстанавливаются, и образовывается кристаллическая решетка. Нарушение целостности металла, например, образование ржавчины или трещин, происходит именно на границах между кристаллами. То есть если не существует четких границ между кристаллами, меняются не только механические, но и электрические, и магнитные свойства металла.

Свойства жидких металлов

Ученые утверждают, что аморфные материалы могут быть прочнее кристаллических аналогов в десять раз, а их электрическое сопротивление выше в пять раз. Причем при нормальной температуре они способны сохранять свойства более ста лет, но высокую температуру переносят плохо.

Если жидкий металл из мартена охладить настолько быстро, что связи между атомами и кристаллами не успеют восстановиться, то получится вещество в аморфном состоянии, соединяющее в себе свойства металлов и жидкостей.

Оно обладает поверхностным натяжением и вязкостью жидкостей, а сжимается и отражает электромагнитные волны, как всякий металл. Структура жидких металлов – это хаотическое скопление атомов без жестких связей между ними.

Поскольку отсутствует кристаллическая структура, такие вещества обладают замечательными магнитными свойствами, высокими показателями прочности на растяжение и ударной вязкости.

Жидкий металл прочнее титана более чем в два раза, не ржавеет и может отливаться в форму, даже самую сложную, как любой пластический материал. При этом после отливки дополнительно обрабатывать изделие не нужно – у него четкие очертания и идеально гладкая поверхность.

Жидкие металлы на основе галлия

Сплавы на основе легкоплавких металлов, а их в мировой промышленности используется около тридцати, имеют температуру плавления меньше 70° С. Большинство из них химически активны и токсичны. Сплавы на основе галлия, в которые в разных пропорциях входят индий, олово и цинк, плавятся при низких температурах, меньше 40° С, и не являются ни токсичными, ни химически активными. В промышленности их используется всего восемь, но вариаций может быть значительно больше, в зависимости от процентного соотношения компонентов.

	Состав сплава, %				Температура плавления, °С
	галлий	индий	олово	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

Эти сплавы жидкими металлами и являются. Они не токсичны, но специалисты рекомендуют при работе с ними соблюдать меры предосторожности и работать в резиновых или хлопчатобумажных перчатках.

Способы получения жидких металлов

Если не говорить о жидких металлах на основе галлия, то в первую очередь ученые искали возможность быстрого охлаждения расплавленного металла. Существует способ распыления металла с помощью устройства, напоминающего пульверизатор, тонким слоем на очень холодную поверхность. Метод носит название «ионно-плазменное распыление». Используется и нанесение жидкого металла на вращающийся диск. В любом случае такими способами можно было получить узкие полоски металла, которые нельзя соединить между собой горячими методами, обычными для кристаллических веществ.

Следующим этапом было создание сплавов из металлов, которые друг с другом сочетаются плохо. Специалисты Калифорнийского технологического института разработали сплав с названием Liquidmetal. В состав жидкого металла входят титан, медь, никель, цирконий и бериллий. При остывании такого сплава кристаллизация происходит очень медленно, так как атомы металлов очень отличаются по размерам.

Применение жидких металлов

Жидкие металлы на основе галлия используются в системах пожарной сигнализации, в качестве теплоносителя в системах охлаждения с высокими рабочими температурами.

В период, когда сплав «жидкий металл» получали в виде узких ленточек, применение ему нашли при создании кодовой маркировки, предназначенной для борьбы с хищениями и использования в покрытии буровых труб для увеличения срока их службы.

Когда был создан Liquidmetal, его начали применять при изготовлении клюшек для гольфа. Расчеты показали, что такая клюшка передает мячу более мощное энергетическое усилие, чем обычная.

Специалисты Liquidmetal Technologies участвуют в разработках ведущих производителей лыж и бейсбольных бит.

В оборонной промышленности Liquidmetal может заменить обедненный уран в снарядах, пробивающих броню.

В России из жидкого металла, полученного из расплава, охлажденного на вращающемся диске, стали изготавливать элементы и микропровода для особо чувствительной и точной аппаратуры, в медицинском приборостроении и электронной технике, фильтры для защиты ценных бумаг и банкнот от подделок и многое другое.

Жидкие металлы в качестве термоинтерфейса

В измерительной технике, радиоэлектронных устройствах и бытовых компьютерах широко используется термоинтерфейс.

Термоинтерфейс – это термопроводящее вещество, которое наносится тонким слоем между поверхностью, которую необходимо охлаждать, и устройством, предназначенным для отвода тепла.

К нему предъявляются высокие требования:

— постоянная консистенция, которая не изменяется при работе или хранении;

— стабильность характеристик в рабочем диапазоне температур;

— нетоксичность и негорючесть;

— легкость нанесения и удаления с поверхности;

— минимальное тепловое сопротивление.

Наиболее распространенным видом термоинтерфейса является теплопроводная паста, или, проще говоря, термопаста. Жидкий металл с высоким коэффициентом теплопроводности и другими свойствами как нельзя лучше соответствует предъявляемым к термопастам требованиям.

В компьютерах на печатных платах процессоров выделяется большое количество тепла. Поверх процессора устанавливается охлаждающий механизм (радиатор). Чтобы повысить эффективность отвода тепла и убрать воздушную прослойку между кулером и процессором, используются термопасты.

Продукты компании Coollaboratory

Компанией Coollaboratory был разработан продукт, полностью состоящий из жидких металлов, без твердых частиц и неметаллических добавок.

Жидкий металл Coollaboratory Liquid Pro — теплопроводящий материал с высокой теплопроводностью, внешне напоминающий ртуть, но нетоксичный, характеризуется высокой способностью к смачиванию многих материалов.

Coollaboratory Liquid Ultra в виде пасты легко наносится кисточкой на теплораспределительную крышку процессора.

Coollaboratory Liquid Metal Pad представляет собой теплопроводящую прокладку, которая легко наносится на поверхность и плавится только при нагреве процессора.

Все эти жидкие металлы не могут работать при контакте с алюминием — радиатор должен быть выполнен из меди с никелевым покрытием. Производитель заявляет об уникальных показателях теплопроводности Coollaboratory Liquid Metal. Правда, на этот жидкий металл отзывы неоднозначны, и многие пользователи выказывают сомнения в заявленных характеристиках.

Применение жидкого металла производителями смартфонов

В настоящее время в американской версии iPhone комплектуется инструментом для извлечения SIM-карты, говоря иначе, i-Скрепкой из жидкого металла.

Но такое уникальное вещество с возможностью принимать при незначительной массе любые формы, антикоррозионными свойствами и особенно высокой прочностью, повышенной износостойкостью, высоким коэффициентом восстановления можно использовать и для изготовления корпусов смартфонов, флешек и часов. В планах Apple – изготовление клавиши Home и сенсорной поверхности из жидкого металла.

Компания HTC тоже планирует использовать LiquidMetal при изготовлении корпусов смартфонов. Но эти данные являются неофициальными.

Зато компания Turing Robotics Industries (TRI) при создании уникального Android-смартфона Turing Phone использует для каркаса корпуса и рамки-окантовки дисплея сверхпрочный сплав из циркония, меди, алюминия, никеля и серебра, который в описаниях компонентов смартфона носит название liquidmorphium. Этот сплав значительно прочнее титана и эффективно выдерживает удары и особым образом отражает свет.

Трехмерная печать с применением жидкого металла

Специалисты Университета Северной Каролины подобрали такой сплав галлия и индия, который держит форму после печати. Тонкая пленка оксида удерживает напечатанную структуру из шариков и нитей, которая внутри остается жидкой. Используя технологию трехмерной печати, можно изготавливать эластичные гибкие провода, выдерживающие многократные растяжения и сжатия.

Ранее австралийские ученые для создания металлических объектов, которые должны восстанавливать форму, использовали сплав галлистан на основе галлия, олова и индия с температурой плавления 19 °С и специальное порошковое покрытие.

Ученые считают, что такие изделия способны проявить себя в электронике.

Краски «жидкий металл»

Краски с таким названием, строго говоря, жидким металлом не являются.

Жидкий металл — краска из металлических пигментов, тонкоизмельченных порошков цветных металлов и сплавов алюминия, меди, цинка, бронзы. К металлическим пигментам относятся золотистая бронза, медный порошок, алюминиевая и цинковая пудра. Такие краски отличаются хорошим сцеплением с любыми поверхностями: пластиками, металлами, тканями, стеклом, гипсом, керамикой, деревом. Равномерно распыляются соплом от 0,2 мм и закрепляются лаками на водной основе.

Краска «жидкий металл» марки Maimeri («Маймери») на основе смолы разбавляется спиртом и служит для декорирования тонких поверхностей – бумаги, картона, дерева. Характеризуется дополнительной устойчивостью к износу и окислению.

Жидкий металл Viva («Вива») разбавляется водой и предназначен для росписи фарфора, фаянса, керамики, гончарных изделий.

Специальная краска была разработана специалистами Mercedes Benz для купе CL 65 AMG на основе тончайших алюминиевых пигментов. Такое покрытие хорошо отражает свет и интенсивно блестит.

В заключение можно сделать вывод, что понятие «жидкий металл из мартена» не является всеобъемлющим. Что еще можно отнести к данной категории материалов? «Жидкий металл» — название такое носят также искусственные сплавы и вещества в аморфном состоянии, обладающие свойствами металлов, в том числе цветом и блеском.

подводные камни. Взгляд глазами химика / Хабр

Написать эту статью меня сподвиг пост NotSlow Не так страшен жидкий металл. Там все просто: подстраховался от замыкания, нанес тонким слоем, прикрутил и радуйся низким температурам. Но так ли все хорошо на самом деле?

Для начала нужно выяснить, что это за жидкий металл такой. Среди чистых металлов единственный, который может быть жидким при комнатной температуре — это ртуть. В здравом уме никто сейчас не станет применять ртуть в качестве термоинтерфейса из-за ее крайней токсичности и испаряемости. Два других становятся жидкими уже при температуре человеческого тела — это цезий и галлий. Цезий — это «фтор наоборот» по своей химической активности, он возгорается и взрывается от малейших следов воздуха и влаги и даже разрушает стекло. Остается галлий (на КПДВ именно он). При комнатной температуре галлий все же твердый, однако с некоторыми другими легкоплавкими металлами он образует эвтектики, плавящиеся при 20,5°С (галлий-олово) и даже 15,3 °С (галлий-индий). Еще ниже — в районе 5 °С — плавится тройная эвтектика галлий-индий-олово (62, 25 и 13% соответственно). Имеющиеся в продаже термоинтерфейсы типа «жидкий металл» — это как раз и есть сплавы на основе этих трех элементов, возможно с некоторыми дополнительными присадками.

Исходя из этого, ясны и подводные камни. Первый из них — это абсолютная несовместимость галлийсодержащих сплавов с алюминием!

Во времена, когда уроки химии в школе непременно сопровождались демонстрацией опытов, был среди них и опыт по амальгамированию алюминия. Алюминий покрывали слоем ртути и он тотчас начинал бурно окисляться, рассыпаясь прямо на глазах. Ртуть защищала алюминий от образования оксидного слоя и он образовывался уже на поверхности амальгамы, но не был способен остановить окисление, так как на поверхности жидкости он не удерживался сплошным слоем, растрескивался, и в трещинах открывалась свежая, неокисленная поверхность амальгамы.

Ровно так же действует и галлиевый сплав с той только разницей, что он способен буквально пропитывать алюминий насквозь, проникая в межкристаллитные промежутки. Алюминий, пропитанный жидким галлием, не только окисляется на глазах, но еще и крошится в руках.
Так что ЖМ следует держать от алюминия подальше. И это касается не только алюминиевых радиаторов: случайная капелька «жидкого металла» может уничтожить и корпус ноутбука, если тот из алюминиевого сплава, и любую другую алюминиевую деталь. Хотя бы корпус какого-нибудь конденсатора. Причем капелька эта является классическим катализатором — делает свое черное дело, не расходуясь сама.

Но и медь к галлию небезразлична. На рисунке выше я привел T-x диаграмму системы медь-галлий (из справочника «Диаграммы состояния двойных металлических систем» под ред. Лякишева), на которой видно бесчисленное множество интерметаллических соединений. Как только галлий вступит в контакт с медью, они тут же начинают образовываться. Жидкий галлий (к его сплавам это тоже относится) вообще очень охотно смачивает и металлы, и неметаллы, а явное химическое сродство этому крайне способствует. Так что «жидкий металл» будет просто впитываться в медь, образуя на границе между металлами корку интерметаллидов. Последние не являются металлами с физической точки зрения, они тугоплавки, хрупки и обладают плохой тепло- и электропроводностью, но главное — «жидкий металл» будет расходоваться на их образование и просто уйдет из зазора. Многие из тех, кто пробовал в деле ЖМ, сообщают, что со временем он перестает работать, и сняв радиатор, они обнаружили, что жидкий металл «испарился». Испариться он не мог — заметное давление пара у его компонентов появляется только свыше тысячи градусов — он просто впитался в медь, прореагировал с ней. Устранить это явление помогает никелевое покрытие на меди, хоть оно и является дополнительным препятствием для тепла.

Кстати, впитываемость галлия и его сплавов в металлы еще касается паяных соединений — помните про ту маленькую капельку, которая может разрушить алюминиевый корпус? Так вот, такая же капелька, попавшая на припой, сделает и его хрупкой, а пайку ненадежной. В какой-то момент это «сработает». Поэтому лично я бы держал «жидкий металл» как можно дальше от любой электроники.

И последнее, о чем следовало бы написать: «жидкий металл», увы, небезвреден. Галлий по некоторым данным сравним по токсичности с мышьяком, второй его компонент, индий — также является токсичным тяжелым металлом. В отличие от ртути сплавы на основе галлия все же абсолютно нелетучи при обычной температуре, так что отравиться их парами не получится, однако из-за своей способности легко прилипать ко всему на свете эти сплавы невероятно мазучие. Испачкать ими, к примеру, руки — легче легкого, а отмыть их до конца очень сложно. Потом это все попадет в рот. Поэтому — работаем с «жидким металлом» и всем, что с ним контактировало

только в резиновых перчатках и отдельно от еды, питья и курения. И да, никогда не делайте так, как на КПДВ!

Свойства и строение жидких металлов и сплавов

Свойства и строение жидких металлов и сплавов

Важнейшим физико-химическим процессом при получении стальных слитков является переход стали из жидкого состояния в твердое. Механизм этого процесса достаточно сложный, поэтому для анализа явлений, происходящих в процессе кристаллизации, важно знать природу жидкого и твердого металла, а также свойства фаз вблизи температуры плавления.

Жидкие металлы и сплавы в большинстве своих проявлений ведут себя как обыкновенные жидкости, обладая определенной текучестью и приобретая геометрическую форму того сосуда, который они заполняют. Главное различие твердого и жидкого состояния металлов и сплавов заключается в величине текучести. Текучесть определяется скоростью деформации тела под воздействием статической сдвиговой силы. При этом величина текучести, выраженная в виде вязкости, отличается между твердым и жидким состояниями вещества в 10²⁰ раз.

Рентгеноструктурные исследования, а также исследования физико-химических свойств жидкости позволили установить, что жидкие металлы по своей структуре ближе к кристаллическому состоянию, но имеют весьма характерные особенности. В частности, разница в свойствах твердого тела и жидкости, зависящая от структуры фазы, проявляется в величине коэффициента диффузии, который у жидкого металла может быть в 100-1000 раз больше, чем у твердого. Другими словами, кинетическая энергия атомов жидкости столь высока, что они не могут быть фиксированы в какой-либо точке.

Детальное обоснование близости структуры расплавленных металлов и твердых тел вблизи температуры кристаллизации было дано Я.И. Френкелем. Согласно Я.И.Френкелю, тепловое движение атомов или молекул в жидкости сводится к нерегулярным колебаниям вокруг положений равновесия.

Эти положения равновесия не являются строго фиксированными, как в кристалле. Они временны, и непрерывно изменяют свои координаты. В связи с большой плотностью и сильным взаимодействием частиц в жидкости частота колебаний группировок атомов вокруг временных неустойчивых положений близка к частоте колебаний атомов в твердом теле. При этом предполагается, что величина частоты перескоков группировок атомов из одного положения равновесия в другое значительно меньше частоты колебаний вблизи исходного или нового положения равновесия.

Косвенное подтверждение близости строения жидких и твердых металлов вблизи температуры кристаллизации следует из данных об изменении ряда физических свойств: удельного объема, теплоемкости, электрического сопротивления при плавлении, значений теплоты плавления и пр. В табл. 2.1 приведены данные об изменении объема и некоторых других физических свойств вблизи температуры плавления металлов.

У большинства металлов при плавлении объем увеличивается всего лишь на 3-6%, что свидетельствует о малом изменении сил взаимодействия и расстояния между атомами. Уменьшение объема при плавлении имеет место только у металлов с рыхлой кристаллической решеткой (см. табл. 2.1).

Таблица 2.1 — Изменение объема при плавлении, физико-химические свойства металлов в твердом и расплавленном состоянии при температуре плавления

На сохранение условий взаимодействия между атомами при плавлении металлов указывают значения теплоты плавления, которая у металлов составляют порядка 10% от теплоты испарения.

Электрическое сопротивление при плавлении металлов увеличивается в 1,5-2 раза, а у переходных металлов — всего лишь на несколько процентов. Тип проводимости в жидких металлах не изменяется и обусловливается наличием коллективизированных электронов.

Теплоемкость металлов в твердом и жидком состояниях вблизи точки плавления также изменяется незначительно (на несколько процентов), что указывает на сохранение теплового движения частиц, которые совершают колебания около временных положений равновесия.

В настоящее время наибольшее распространение получили три основные теории строения металлических расплавов: теория “свободного объема”, теория “дырок” и теория “кластеров”.

Теория свободного объема предполагает, что каждая молекула большую часть времени движется внутри ячейки, ограниченной соседними молекулами. Число частиц и число ячеек, в пределах которых движется частица, равны между собой, следовательно, в жидкости нет дырок. Потенциальную энергию молекулы в такой ячейке можно выразить через E(r), где r – отклонение молекулы от ее среднего положения.

При наиболее простом описании энергетического состояния молекул в такой модели предполагается, что E(r)=0 в некоторой области с объемом Vf и бесконечно вне этой области. Тогда система становится тождественной N частицам, движущимся свободно и независимо в объеме V.

Параметр V представляет собой свободный объем, приходящийся на одну молекулу. При Т->0 К движение молекул полностью прекращается и общий свободный объем V_f=V-V₀, где V и V₀ – объем тела при данной температуре и температуре абсолютного нуля. Соответственно, для тела с числом молекул N (для моля жидкости N=N_А, где N_А – число Авогадро) среднее значение свободного объема, приходящееся на одну молекулу, можно выразить формулой:

V=(V-V₀)/N. (2.1)

В результате теплового движения в каждый данный момент у конкретной молекулы может быть различный свободный объем или микрополость. Иными словами, при постоянной температуре должно наблюдаться определенное распределение микрополостей, которое можно описать, например, функцией Больцмана. В некоторых вариантах теории свободного объема допускается сохранение в жидкости порядка расположения атомов, свойственного кристаллам.

Между тем, каждая молекула движется около одного из узлов в ячейке определенных размеров, соответствующей свободному объему. При достижении критической величины свободного объема происходит плавление.

Теория дырок основана на допущении, что степень порядка в расположении атомов жидкости меньше чем у кристалла, благодаря тому, что не все узлы заняты молекулами или атомами, и в структуре жидкости имеются вакантные места или дырки. Их число возрастает с температурой, и при достижении определенной критической концентрации дырок кристалл плавится.

При плавлении объем тела увеличивается за счет увеличения числа дырок. Это приводит к тому, что при переходе в жидкое состояние координационное число уменьшается от z=12 для кристалла до z

«Кластерная» модель жидкости предполагает, что наряду с ближним порядком в жидкости существуют значительно большие области упорядочения, которые у разных исследователей получили название кластеров или сиботаксических групп. Основой для создания теории послужило сходство рентгенограмм реальных жидкостей и микрокристаллических тел. Это обстоятельство и предопределило появление квазикристаллического подхода к описанию структуры жидких металлов.

В этой модели допускается, что упорядоченное размещение частиц в жидкости не ограничивается непосредственными соседями. Периодичность в расположении частиц может распространяться на большие объемы или группы. В пределах кластера сохраняется упорядоченное размещение частиц, свойственное размещению молекул в кристаллах. Вместе с тем, остаются неопределенными флуктуации размеров и формы кластеров, степень их внутреннего совершенства и другие особенности. При этом учитывается важное положение о том, что ориентировка и расположение в пространстве отдельных кластеров в жидкости является беспорядочной. Размеры кластеров, как полагают авторы этой теории, меньше критических размеров кристалликов, которые могут развиться в твердую фазу при температуре кристаллизации. Число атомов, входящих в состав кластера, должно составлять несколько сотен.

Многочисленные экспериментальные данные подтверждают наличие в жидкости построений «ближнего порядка». При этом предполагается, что всякий атом связан с соседним или со многими соседними атомами так же, как в кристалле.

Кластеры и разупорядоченная зона являются термодинамически неустойчивыми системами: парциальная величина энергии Гиббса для кластеров оказывается выше среднестатистического уровня для всего расплава, а для разупорядоченной зоны – ниже такового. Это обстоятельство определяет динамизм структуры расплава. Кластеры быстро возникают и распадаются благодаря переходу атомов от одного из них к другому через промежуточные пустоты. При этом и кластеры, и разупорядоченная зона оказываются короткоживущими. Они непрерывно локально перерождаются друг в друга благодаря флуктуациям энергии. Однако, продолжительность жизни кластеров все же велика в сравнении с продолжительностью цикла термических колебаний частиц в жидких металлах (10^-14-10^-13 с), а также продолжительностью элементарных актов вязкого течения, диффузии, теплопроводности и других процессов, определяющих кинетические характеристики расплава.

Соотношение объемов, занимаемых кластерами и разупорядоченной зоной, определяется температурой расплава. С повышением температуры доля кластеров уменьшается, а доля разупорядоченной зоны возрастает. Наконец, при определенной температуре Т_раз наступает полное разупорядочение расплава, при этом кластеры исчезают, а разупорядоченная зона занимает весь объем жидкости.

Образованием кластеров объясняют некоторые аномальные изменения свойств расплавов вблизи температуры плавления: аномальное изменение вязкости, электропроводности, температуры кристаллизации и пр.

ЖИДКИЕ МЕТАЛЛЫ • Большая российская энциклопедия

ЖИ́ДКИЕ МЕТА́ЛЛЫ, не­про­зрач­ные жид­ко­сти, об­ла­даю­щие боль­ши­ми зна­че­ни­ями те­п­ло­про­вод­но­сти и элек­тро­про­водно­сти ($σ$ ⩾ 5·10⁵ Ом^–1м^–1), а так­же др. свой­ст­ва­ми, ха­рак­тер­ны­ми для твёр­дых ме­тал­лов. K Ж. м. от­но­сят­ся рас­пла­вы ме­тал­лов, спла­вов ме­тал­лов, а так­же ря­да ин­тер­ме­тал­лич. со­еди­не­ний. Не­ко­то­рые по­лу­ме­тал­лы и по­лу­про­вод­ни­ки в жид­ком со­стоя­нии пре­вра­ща­ют­ся в ти­пич­ные ме­тал­лы: од­ни (напр., $\ce {Ge, Si, GaSb}$) – сра­зу по­сле плав­ле­ния, дру­гие (напр., $\ce{PbTe, PbSe, ZnSb}$) – при на­грева­нии вы­ше темп-ры плав­ле­ния $T_{пл}$. Не­ко­то­рые не­ме­тал­лы ($\ce{P, C, B}$) ста­новят­ся Ж. м. при вы­со­ких дав­ле­ни­ях. При ат­мо­сфер­ном дав­ле­нии и ком­нат­ной темп-ре Ж. м. яв­ля­ет­ся толь­ко ртуть ($T_{пл}$ = –38,8 °C).

Ж. м. по та­ким свой­ст­вам, как вяз­кость, по­верх­но­ст­ное на­тя­же­ние и спо­соб­ность к диф­фу­зии, сход­ны с др. жид­ко­стя­ми, но в то же вре­мя рез­ко от­ли­ча­ют­ся от них зна­чи­тель­но бо́ль­ши­ми те­п­ло­про­вод­но­стью, элек­тро­про­вод­но­стью, спо­соб­но­стью от­ра­жать элек­тро­маг­нит­ные вол­ны, а так­же мень­шей сжи­мае­мо­стью. По этим свой­ст­вам Ж. м. близ­ки к твёр­дым ме­тал­лам. Как и в твёр­дых ме­тал­лах, но­си­те­ли за­ря­да в Ж. м. – элек­тро­ны. Для чис­тых ме­тал­лов элек­тро­про­вод­ность при плав­ле­нии умень­ша­ет­ся при­мер­но вдвое и при даль­ней­шем на­гре­ва­нии убы­ва­ет ли­ней­но с рос­том темп-ры. Ис­клю­че­ние со­став­ля­ют жид­кие $\ce{Fe, Co, Ni}$. Тер­мо­эдс скач­ко­об­раз­но ме­ня­ет­ся при плав­ле­нии, для мно­гих Ж. м. она яв­ля­ет­ся ли­ней­ной функ­ци­ей темп-ры. По­сто­ян­ная Хол­ла (cм. Хол­ла эф­фект) для Ж. м. от­ри­ца­те­ль­на и близ­ка к зна­че­ни­ям, пред­ска­зы­вае­мым мо­де­лью сво­бод­ных элек­тро­нов (см. Дру­де тео­рия). При плав­ле­нии ме­тал­лов те­п­ло­про­вод­ность из­ме­ня­ет­ся ана­ло­гич­но элек­тро­про­вод­но­сти. Бóльшую часть те­п­ло­во­го по­то­ка в Ж. м. пе­ре­но­сят сво­бод­ные элек­тро­ны, а ре­шё­точ­ная (фо­нон­ная) те­п­ло­про­вод­ность ма­ла. Ко­ли­че­ст­вен­ная оцен­ка элек­тро- и те­п­ло­про­вод­но­сти Ж. м. за­труд­не­на, т. к. тео­рия ки­не­тич. элек­трон­ных про­цес­сов в жид­ко­стях име­ет ка­че­ст­вен­ный ха­рак­тер и ещё не за­вер­ше­на.

В не­ко­то­рых Ж. м. зна­чи­тель­ная те­п­ло­про­вод­ность со­че­та­ет­ся с вы­со­кой теп­ло­ём­ко­стью, что по­зво­ля­ет ис­поль­зо­вать их в теп­ло­тех­ни­ке в ка­че­ст­ве те­п­ло­но­си­те­лей. Напр., жид­кие $\ce {Na}$ и $\ce K$ и их спла­вы при­ме­ня­ют­ся для от­во­да те­п­ло­ты в ядер­ных ре­ак­то­рах; $\ce{Ga}$ и спла­вы $\ce{Ga–In}$ об­ла­да­ют дос­та­точ­но низ­ки­ми Т_пл и при­ме­ня­ют­ся в ка­че­ст­ве ва­ку­ум­ных за­тво­ров при по­лу­че­нии вы­со­ко­го ва­куу­ма.

Свойства жидких металлов: плотность, теплопроводность, вязкость

Свойства жидких металлов

В таблице представлены теплофизические свойства жидких металлов в зависимости от температуры в диапазоне от 0 до 800°С. Даны следующие свойства: плотность металлов, теплопроводность,  удельная (массовая) теплоемкость, температуропроводность, кинематическая вязкость, число Прандтля.

Свойства указаны для таких жидких металлов и сплавов, как ртуть Hg, олово Sn, висмут Bi, свинец Pb, сплав висмут-свинец Bi-Pb, литий Li, натрий Na, калий K, сплав натрий-калий Na-K. Для каждого металла и сплава также указана его температура плавления и кипения.

Плотность жидких металлов, представленных в таблице, значительно различается. Металлом с минимальной плотностью является литий (литий — самый легкий металл среди существующих) — его плотность в жидком состоянии при температуре 200°С равна 515 кг/м³. Наиболее тяжелый из рассмотренных жидких металлов — это ртуть. Плотность ртути при 0°С равна 13590 кг/м³. Следует отметить, что плотность жидких металлов уменьшается при нагревании.

Теплопроводность жидких металлов увеличивается при повышении их температуры (за исключением натрия и калия, теплопроводность которых имеет обратную зависимость). Наиболее теплопроводный жидкий металл — это натрий. Теплопроводность жидкого натрия имеет величину 60…86 Вт/(м·град). В целом, щелочные металлы (литий, натрий и калий) обладают высокой теплопроводностью по сравнению с другими жидкими металлами.

Кинематическая вязкость и число Прандтля жидких металлов уменьшаются при нагревании. Теплоемкость и температуропроводность этих металлов — растет. Однако, удельная теплоемкость таких жидких металлов, как свинец, олово, висмут и сплава свинец-висмут не зависит от температуры и является постоянной величиной.

Динамическая вязкость жидких металлов

Представлены значения динамической вязкости жидких металлов в зависимости от температуры в интервале от 300 до 1800 К. Динамическая вязкость жидких металлов дана в размерности Па·с·10³. Например, по данным таблицы, вязкость лития при 500 К равна 0,00053 Па·с. Указана вязкость следующих металлов в жидком состоянии: литий, натрий, калий, рубидий, цезий, ртуть, висмут, свинец, олово, цинк, сурьма.

Следует отметить, что из рассмотренных металлов наиболее вязким в жидкой фазе является цинк — его коэффициент динамической вязкости составляет величину 0,0033 Па·с при температуре 700 К. Металлом, обладающим минимальной вязкостью при этой температуре, является щелочной металл калий с вязкостью 0,0002 Па·с.

Источники:
1. Михеев М.А., Михеева И.М. Основы теплопередачи.
2. Физические величины. Справочник. А.П. Бабичев, Н.А. Бабушкина, А.М. Братковский и др.; Под ред. И.С. Григорьева, Е.З. Мейлихова. — М.:Энергоатомиздат, 1991. — 1232 с.

Металл находящийся в жидком состоянии

МЕТАЛЛЫ-ЖИДКОСТИ, МЕТАЛЛ-ГАЗ (!)

Все металлы – вещества твердые, твердые в той или иной степени. Это общее правило. Однако есть исключения.

Некоторые металлы скорее представляют собой жидкости. Крупинки галлия или цезий легко бы расплавились на ладони, потому что температура их плавления немногим менее 30 градусов. Франций, который пока в виде чистого металла не приготовлен, плавился бы уже при комнатной температуре. А вот всем известная ртуть – классический пример жидкого металла. Она замерзает при минус 39 градусах, почему и применяется для изготовления самых разнообразных термометров.

В этом отношении сильным конкурентом ртути оказывается галлий. И вот благодаря каким обстоятельствам. Ртуть закипает сравнительно быстро, примерно при 300 градусах. Значит, измерять высокие температуры с помощью ртутных термометров нельзя. А чтобы галлий превратился в пар, нужна температура 2000 градусов. Ни один металл не может так долго оставаться в жидком состоянии, иметь такую разницу между температурами плавления и кипения. Кроме галлия. Потому-то он настоящая находка для изготовления высокотемпературных термометров.

Металлы-жидкости, металл-газ

Еще один штрих, на сей раз совершенно удивительный. Ученые теоретически доказали: если бы существовал тяжелый аналог ртути (элемент с очень большим порядковым номером, неизвестный на Земле обитатель воображаемого восьмого этажа Большого дома), то его естественное состояние при обычных условиях было бы газообразное. Газ, обладающий химическими свойствами металла! Удастся ли когда-нибудь ученым познакомиться с таким уникумом?

Свинцовую проволоку можно расплавить в пламени спички. Оловянная фольга, брошенная в огонь, моментально превращается в каплю жидкого олова. А вот чтобы превратить в жидкость вольфрам, тантал или рений, приходится поднимать температуру выше 3000 градусов. Эти металлы расплавить труднее, чем все прочие. Вот почему нити накаливания в электрических лампах делают из вольфрама и рения.

Температуры кипения некоторых металлов достигают поистине грандиозных величин. Скажем, гафний закипает при 5400 градусах (!) – это почти температура поверхности Солнца.

Требования к чистым помещениям устройства связи и электроустановочные изделия для чистых.

Мы привыкли к тому, что в нашем мире жидкости — жидкие, а металлы — твердые, и мы даже усвоили одно исключение из этого правила.

Да, речь идет о ртути — единственном метал­ле, пребывающем в жидком состоянии вплоть до температуры -39 °С. Однако мало кому известно о существовании ряда ме­таллов, остающихся жидкими при температурах, очень близких к комнатным.

Всего таких металла четыре: всем известная ртуть, менее известные галлий и цезий и удивительный франций. Все эти ме­таллы при температуре +30 °С находятся в жидкой фазе, однако если ртуть видели мы все, то жидкого франция не видел никто. Каждый из этих металлов обладает интересными свойствами и каждый из них по-своему уникален.

Галлий — легкий металл серебристо-белого цвета с синева­тым оттенком, открыт в далеком 1875 году французским химиком

Полем Эмилем Лекок де Буабодраном. Галлий становится жид­ким уже при температуре +29,8 °С, то есть в жарких странах днем он будет твердым разве только в холодильнике. Металл может плавиться буквально в руках, однако это небезопасно: от контакта с галлием на коже остаются несмываемые пятна и может возникнуть дерматит.

Интересный факт: галлий стал первым элементом, подтвер­дившим периодический закон, открытый Д. И. Менделеевым в 1871 году. Сам Менделеев, оставивший для галлия место в периодической таблице, назвал его эка-алюминием, однако для официального названия элемента было выбрано латинское на­звание Франции. Сейчас галлий находит самое широкое приме­нение в электронике и многих других областях. Металл крайне востребован, а его добыча затруднена (он извлекается из тех же руд, что и алюминий), что обусловило его высокую цену — около 1500 долларов за килограмм!

Цезий — не менее востребованный и не менее удивительный элемент, чем галлий. Этот металл становится жидким при темпе­ратуре +28,6 °С и тоже может быть расплавлен в руках. Жидкий цезий красив — он похож на жидкое золото, лениво перелива­ющееся при покачивании емкости, в которой он находится.

Цезий, открытый в 1861 году, долго не находил применения, однако в настоящее он крайне востребован во всем мире. При­чем сейчас ощущается настоящий дефицит металла, который не удастся преодолеть, — в земной коре слишком мало цезия, а его извлечение является крайне трудным процессом.

Интересно, что цезий имеет название, никоим образом не связанное с его внешним видом: по латыни caesius означает «небесно-голубой». Но ведь на самом деле металл имеет золоти­стый оттенок! В чем дело? Оказывается, что при спектральном анализе элемент дает о себе знать двумя яркими линиями синего цвета. Ведь лишь в 1882 году металл был получен в чистом виде— целых 20 лет о том, как он выглядит, ничего не знали! Кста­ти, именно цезий как раз и стал первым элементом, открытым с помощью зарождавшейся в середине XIX века спектроскопии.

Наконец, третьего металла, остающегося в жидком состоянии при низких температурах — франция, — не видел никто, даже ученые. Почему же? И откуда известно, что он жидкий? Все дело в крайней редкости франция — одномоментно в земной коре находится не более 340 граммов этого металла! Изучение фран­ция — сложнейшая задача, поэтому сведения об этом элементе накапливались по крупицам на протяжении многих лет.

Здесь не зря было сказано об одномоментном содержании франция на Земле — этот элемент является радиоактивным, да еще и с коротким периодом полураспада, составляющим всего 22,3 минуты (другие изотопы этого вещества распадаются еще быстрее). Это значит, что небольшие объемы франция превра­щаются в другие элементы буквально за часы. В то же время металл образуется при распаде актиния, тем самым в природе поддерживается равновесие образования и распада франция. Поэтому принято говорить не об общем количестве этого метал­ла в природе, а о его равновесном содержании.

Как это ни удивительно, но лаборатории, даже самые лучшие и не обделенные средствами, не могут себе позволить приобрете­ние большого количества франция — исследования проводятся на образцах массой не более одной десятимиллионной доли грамма! Ведь франций не так-то просто добыть, а металл, полу­ченный в чистом виде, каждые 22,3 минуты теряет в массе ровно половину, поэтому на лабораторные опыты над ним остаются в буквальном смысле слова минуты.

Итак, что же мы сейчас знаем о франции? Немного — он очень легкий и плавится при температуре +27 °С. Конечно, изучены и некоторые другие свойства франция, но пока так и неизвестно, как он выглядит.

Так что, кроме ртути, при почти комнатных температу­рах в жидкой фазе находится еще три металла — галлий, це­зий и франций. Однако все они не безвредны для человека, а некоторые изотопы цезия и франций в придачу ко всему еще и радиоактивны, так что плавить в руках эти металлы крайне не рекомендуется.

Сегодня уже поколебалось привычное представление о том, что металл в обычном состоянии – вещество твердое. Долгое время считалось, что единственное исключение из этого утверждения – ртуть, которая в жидком состоянии остается до -39° C. Ответ на вопрос о том, какой металл жидкий, не так однозначен.

Жидкие металлы в природе

На самом деле ртуть не является единственным в мире жидким металлом. Известны еще галлий, цезий и франций, которые находятся в жидком состоянии до +30° C.

Галлий очень широко применяется, например, в электронике. Кроме того, что он плавится при низких температурах, галлий, и это главное его достоинство, закипает при температуре не ниже 2230° C. Необычайно широкий интервал расплава дает возможность использовать этот элемент в работе атомных реакторов.

Не менее востребованным элементом является цезий, несмотря на то что его в земной коре крайне мало и добыча его затруднена.

А вот радиоактивн

Жидкое состояние металлов — Энциклопедия по машиностроению XXL

ЖИДКОЕ И ТВЕРДОЕ СОСТОЯНИЯ МЕТАЛЛОВ НЕКОТОРЫЕ ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МЕТАЛЛОВ 1. ЖИДКОЕ СОСТОЯНИЕ МЕТАЛЛОВ  [c.42]

В жидком состоянии металл достаточно однороден, но после его разливки создаются условия для получения крайне неоднородной структуры. Залитый в изложницу или форму металл начинает застывать за счет отдачи тепла сгенкам, около которых образуется корка из неориентированных кристаллов. Как только металл изложницы нагрелся, скорость теплоотдачи от застывающего металла резко замедляется. Кристаллы, образующиеся на внутренней поверхности корки, могут при этом расти и получают ориентировку в основном в направлении отвода тепла. Образующиеся  [c.48]

В технике металлические сплавы применяют шире, чем чистые металлы. Сплавы часто обладают очень ценными механическими, технологическими, магнитными и другими свойствами, которыми не обладают чистые металлы. В жидком состоянии большинство металлов растворяются друг в друге в любых пропорциях. В технике сплавы обычно получают путем взаимного растворения wx составляющих в жидком состоянии. При кристаллизации в процессе последующего охлаждения получаются твердые сплавы. Но ив этого правила есть исключения. Например, жидкий свинец почти не растворяется в жидкой меди и в жидком железе. Не растворяются друг в друге в жидком состоянии металлы с большой разницей в объемах атомов и температурах плавления.  [c.29]

Строение жидкого металла. Жидкий металл при температуре, близкой к точке плавления, близок по структуре к твердому кристаллическому металлу. Прежде считали, что в жидком состоянии металл даже около точки плавления по атомному строению напоминает газ. Однако сравнение скрытой теплоты плавления и скрытой теплоты испарения показывает, что последняя в 30= 40 раз больше первой. Поэтому при переходе расплавленного металла в газ межатомные связи устраняются практически полностью, а при плавлении твердого металла они лишь немного ослабляются.  [c.37]

Во всех установках для закалки из жидкого состояния металл быстро затвердевает, растекаясь тонким слоем по поверхности враш ающегося холодильника. При постоянстве состава сплава скорость охлаждения зависит от толщины расплава и характеристик холодильника. Толщина расплава на холодильнике определяется скоростью его вращения и скоростью истечения расплава, т. е. зависит от диаметра сопла и давления газа на расплав. Большое значение имеет правильный выбор угла подачи расплава на диск, позволяющий увеличить длительность контакта металла с холодильником. Скорость охлаждения зависит также от свойств самого расплава теплопроводности, теплоемкости, вязкости, плотности.  [c.861]

Если в жидком состоянии металлы взаимно не растворимы (например, свинец и железо, свинец и алюминий), то после расплавления они образуют два слоя, из которых верхний состоит из металла с меньшим удельным весом, а нижний — с большим, и затвердевают раздельно. Их можно механическим путем отделить один от другого. Такие сплавы почти не находят применения в технике.  [c.124]

Диаграмма состояния (рис. 282) взята из работы [1 ]. Построена она по неопубликованным данным [2]. В жидком состоянии металлы полностью взаимно растворимы. у-Еа и Р-Мс1 образуют непрерывный ряд твердых  [c.146]

Степень диссоциации молекулярного водорода на атомарный в зависимости от температуры показана на рис. 3.1. Из приведенных данных следует, что в столбе сварочной дуги (Т = 5000 6000 «»С) подавляющее количество водорода находится в атомарном состоянии. Однако при температурах, соответствующих жидкому состоянию металла, большая часть водорода находится в молекулярном состоянии.  [c.151]

Однако при температурах, соответствующих жидкому состоянию металла большая часть водорода находится молекулярном состоянии.  [c.70]

Этот интервал начинается с переплетения и срастания дендритов в жесткий каркас и заканчивается полным затвердеванием металла. Твердо-жидкое состояние металла характеризуется повышенной хрупкостью, в связи с чем эффективный интервал кристаллизации называют также температурным интервалом хрупкости-При переходе через нижний предел интервала хрупкости (температура реального солидуса) пластические свойства металла  [c.226]

Латунь при нагреве в пределах температур 200—600° С приобретает склонность к горячеломкости и, следовательно, к образованию горячих трещин. Трещины появляются главным образом в околошовной зоне и реже — в шве. Направление трещин бывает различным продольные, поперечные, внутренние, наружные с началом или концом от газовой раковины или какого-либо шлакового включения. Горячие трещины могут располагаться и между кристаллами, появляясь в момент твердо-жидкого состояния металла шва. В интервале температур горячеломкости 200—600° С рекомендуется избегать всяких деформаций, связанных с проковкой или допускать правку кромок при более низких температурах.  [c.92]

Частицы расплавленного чистого металла по мере снижения температуры становятся менее подвижными. При этом силы, стремящиеся расположить их в закономерном порядке, характерном дл я кристаллической решетки, возрастают. При температурах ниже некоторой критической То (рис. VI.9) энергетически более целесообразным является достаточно строгое распределение положительно заряженных частиц в виде узлов кристаллической решетки, и металл может превращаться из жидкого в кристаллический, твердый. Температура при которой равновероятно как твердое, так и жидкое состояние металла, называется его температурой плавления.  [c.296]

Закристаллизовавшийся металл шва состоит из смешанных в жидком состоянии (в сварочной ванне) расплавленных основного и присадочного металлов. Поэтому доли их участия определяют по исходной конфигурации кромок до расплавления и конечным геометрическим размерам шва.  [c.84]

Любое вещество, как известно, может находиться в трех агрегатных состояниях газообразном, жидком и твердом. В чистых металлах при определенных температурах происходит изменение агрегатного состояния твердое состояние сменяется жидким при температуре плавления, жидкое состояние переходит в газообразное при температуре кипения. Температуры перехода зависят от давления (см. рис. 2), но при постоянном давлении они вполне определенны. Температуры перехода наиболее распространенных в технике металлов для давления I ат приведены в табл. 8.  [c.42]

Температура плавления — особенно важная константа свойств металла. Она колеблется для различных металлов в весьма широких пределах — от минус 38,9 С, для ртути — самого легкоплавкого металла, находящегося при комнатной температуре в жидком состоянии, до 3410°С для самого тугоплавкого металла — вольфрама.  [c.42]

Процесс перехода металла из жидкого состояния в кристаллическое можно изобразить кривыми в координатах время — температура (рис. 26).  [c.45]

Охлаждение металла в жидком состоянии сопровождается плавным понижением температуры и может быть названо простым охлаждением, так как при этом нет качественного изменения состояния.  [c.45]

Посмотрим, как изменяется степень свободы однокомпонентной системы ()fe=l) для случая кристаллизации чистого металла. Когда металл находится в жидком состоянии, т. е. /= 1 (одна фаза — жидкость), число степеней свободы равно 1(с=Л—/+1 = = 1-1 + 1 = 1).  [c.112]

Обратимся к реальному примеру. Предположим, что мы имеем систему из двух компонентов, взаимно нерастворимых в твердом состоянии п не образующих друг с другом химических соединений, но неограниченно растворимых в жидком состоянии, Можно принять с некоторым приближением, что такой системой является, например, система свинец — сурьма (фактически эти металлы ограниченно растворимы в твердом состоянии). Предположим далее, что имеется серия сплавов  [c.115]

В зоне контакта кислородной струи с чугуном в первую очередь окисляется железо, так как его концентрация во много раз выше, чем примесей. Образующийся оксид железа растворяется в шлаке и металле, обогащая металл кислородом. Кислород, растворенный в металле, окисляет кремний, марганец, углерод в металле, и содержание их понижается. При этом происходит разогрев ванны металла теплотой, выделяющейся при окислении примесей, поддержание его в жидком состоянии.  [c.36]

Для металлов, имеющих сильную склонность к переохлаждению до спонтанного образования центров затвердевания, таких, как галлий, олово, сурьма, описанного выше охлаждения гнезда термометра недостаточно. Получающееся при этом падение температуры стенки гнезда термометра не приводит к возбуждению кристаллизации, поскольку эти металлы могут оставаться в переохлажденном жидком состоянии в случае сурьмы примерно на 40 К ниже равновесной температуры затвердевания. Интенсивное охлаждение наружной стенки тигля потоком аргона или азота [21] позволяет преодолеть эти особенности металлов. В этом случае тигель, но не сколь-нибудь значительный участок печи, должен быть быстро охлажден на несколько десятков градусов. Этого достаточно для возникновения центров кристаллизации по всей внутренней стенке тигля. Выделяющейся теплоты перехода достаточно для повышения температуры образца и тигля до температуры затвердевания в течение нескольких минут. Достижение плато затвердевания образца происходит в результате быстрого роста дендритов, что всегда наблюдается при затвердевании из переохлажденного состояния. Затем рост дендритов прекращается и оставшийся металл затвердевает с гладкой поверхностью раздела фаз, медленно продвигающейся к гнезду термометра. Альтернативный метод [55] возбуждения центров кристаллизации таких металлов, как олово и сурьма, состоит в удалении тигля с образцом из печи при достижении в ней температуры затвердевания и помещении его в другую печь, имеющую температуру примерно на 90 °С ниже. Как только из-за выделяющегося при начале затвердевания тепла прекратится охлаждение тигля с образцом, он переносится в исходную печь, имеющую температуру лишь на несколько градусов ниже температуры затвердевания. Успех подобной процедуры ярко демонстрирует выделение энергии при переходе от жидкого состояния к твердому.  [c.177]

Металлы в гвердом и отчасти в жидком состояниях обладают рядом характерных свойств  [c.8]

Переход металла из жидкого состояния в твердое (кристаллическое) называется кристаллизацией. Кристаллизация протекает в условиях, когда система переходит к термодинамически более устойчивому состоянию с меньшей свободной энергией или термодинамическим потенциалом F, т. е. когда свободная энергия кристалла меньше жидкой фазы. Если превращение происходит с небольшим изменением объема, то f = Я — TS, где л — полная энергия системы Т — абсолютная температура S — энтропия  [c.28]

Таким образом, жидкое состояние металлов от твердого отличается только временем оседлой жизни атома. Время оседлой жизни атома в жидком состоянии рассчитывается по формуле Я. И. Френкеля. Поданным Я. И. Френкеля, образующаяся жидкая фаза кристаллоподобна, поскольку при малом времени взаимодействия между атомами жидкий металл ведет себя как твердый. Поэтому в жидком металле атомы стремятся сблизиться. Электростатические силы, которые определяют межатомное расстояние в кристаллах, действуют и в жидкости. Наименьшее расстояние между атомами в жидкости близко к межатомному расстоянию в кристалле этого же металла однако число атомов, находящихся на этом расстоянии, неодинаково. Структура жидкого металла даже при температуре плавления менее упорядочена, чем структура твердого металла. Структуру жидкой фазы при температуре плавления можно представить состоящей из мгновенных закономерно ориентированных плотных группировок атомов, которые в результате теплового движения и столкновения с соседними атомами сразу же уничтожаются.  [c.42]

Жидкий металл — Переиздание Википедии // WIKI 2

Жидкий металл — это металл или металлический сплав, который является жидким при комнатной температуре или близкой к ней. ^[1]

Некоторые элементарные металлы являются жидкими при комнатной температуре или около нее. Наиболее известной является ртуть (Hg), которая расплавляется при температуре выше -38,8 ° C (234,3 K, -37,9 ° F). Другие включают цезий (Cs), температура плавления которого составляет 28,5 ° C (83,3 ° F), рубидий (Rb) (39 ° C [102 ° F]), франций (Fr) (по оценкам, 8.0 ° C [46 ° F]) и галлий (Ga) (30 ° C [86 ° F]).

Сплавы могут быть жидкими, если они образуют эвтектику, что означает, что температура плавления сплава ниже, чем у любого из составляющих его металлов. Стандартным металлом для создания жидких сплавов раньше была ртуть, но сплавы на основе галлия, которые обладают более низким давлением паров при комнатной температуре и токсичностью, используются в качестве замены в различных областях. ^[2]

Энциклопедия YouTube

• ✪ Кнопка воспроизведения жидкого металла плавится в руке

• ✪ УЧИТЬСЯ И РАСТИ !! МГД СИСТЕМА ЖИДКОГО МЕТАЛЛА!

Содержание

Тепловая и электрическая проводимость

Сплавные системы, которые являются жидкими при комнатной температуре, имеют теплопроводность, намного превосходящую теплопроводность обычных неметаллических жидкостей, ^[3] позволяет жидкому металлу эффективно передавать энергию от источника тепла к жидкости.Они также обладают более высокой электропроводностью, что позволяет перекачивать жидкость более эффективными электромагнитными насосами. ^[4] Это приводит к использованию этих материалов для удельной теплопроводности и / или рассеивания тепла.

Еще одним преимуществом систем жидких сплавов является присущая им высокая плотность.

Вязкость

Вязкость жидких металлов может сильно варьироваться в зависимости от атомного состава жидкости, особенно в случае сплавов.В частности, температурная зависимость вязкости жидких металлов может варьироваться от стандартной зависимости закона Аррениуса до гораздо более крутой (не аррениусовской) зависимости, такой как та, которая дается эмпирически с помощью уравнения Фогеля-Фулчера-Таммана. Физическая модель вязкости жидких металлов, которая фиксирует эту огромную изменчивость с точки зрения лежащих в основе межатомных взаимодействий, также была разработана ^[5] .

Электрическое сопротивление жидкого металла можно оценить с помощью формулы Зимана, которая дает сопротивление в терминах статического структурного фактора жидкости, который может быть определен измерениями рассеяния нейтронов или рентгеновских лучей.

Смачивание металлических и неметаллических поверхностей

После удаления оксидов с поверхности подложки большинство жидких металлов смачивают большинство металлических поверхностей. При комнатной температуре жидкие металлы часто вступают в реакцию и растворяются в металлических поверхностях, хотя некоторые твердые металлы устойчивы к воздействию обычных жидких металлов. ^[6] Например, галлий вызывает коррозию всех металлов, кроме вольфрама и тантала, которые имеют более высокую коррозионную стойкость, чем ниобий, титан и молибден. ^[7]

Подобно индию, галлий и галлийсодержащие сплавы обладают способностью смачивать многие неметаллические поверхности, такие как стекло и кварц. Осторожное втирание сплава в поверхность может способствовать смачиванию. Однако это наблюдение «смачивания путем втирания в поверхность стекла» создало широко распространенное заблуждение, что жидкие металлы на основе галлия смачивают стеклянные поверхности, как если бы жидкость вырывалась из оксидной пленки и смачивала поверхность. На самом деле все наоборот: оксид заставляет жидкость смачивать стекло.Более подробно: когда жидкость втирается в поверхность стекла и растекается по ней, она окисляется и покрывает стекло тонким слоем оксидных (твердых) остатков, на которые смачивается жидкий металл. Другими словами, мы видим жидкий металл на основе галлия, смачивающий его твердый оксид, а не стекло. По-видимому, это заблуждение было вызвано сверхбыстрым окислением жидкого галлия даже в следовых количествах кислорода, то есть никто не наблюдал истинного поведения жидкого галлия на стекле, пока исследования в Калифорнийском университете в Лос-Анджелесе не развенчали вышеупомянутый миф путем тестирования. Галинстан, сплав на основе галлия, жидкий при комнатной температуре в бескислородной среде. ^[8] Примечание: эти сплавы образуют тонкую матовую оксидную пленку, которая легко диспергируется при легком перемешивании. Поверхности без оксидов яркие и блестящие.

Приложения

Из-за превосходных характеристик и методов производства жидкие металлы часто используются в носимых устройствах, медицинских устройствах, взаимосвязанных устройствах и т. Д.

Типичные области применения жидких металлов включают термостаты, переключатели, барометры, системы теплопередачи и конструкции для термического охлаждения и нагрева. ^[9] Уникально, они могут использоваться для передачи тепла и / или электричества между неметаллическими и металлическими поверхностями.

Тепловые интерфейсы

Жидкий металл используется некоторыми компьютерными энтузиастами, которые используют его в качестве теплового интерфейса между кулерами и процессорами или для замены теплового интерфейса по умолчанию, используемого внутри процессоров и видеокарт, поскольку жидкий металл проводит тепло намного лучше, чем используемые по умолчанию.

Устройства для 3D-печати

Также жидкий металл можно использовать для носимых устройств.Новые приложения Интернета вещей требуют надежного и эффективного беспроводного подключения. Поэтому необходимо сделать небольшую гибкую антенну.

В статье Матье предлагается метод реализации гибкой трехмерной антенны. В этом методе используется метод моделирования наплавления (FDM) для изготовления диэлектрического обтекателя из гибкого пластика NinjaFlex. Этот метод также можно использовать для создания полностью гибких антенн. Основное преимущество этого метода в том, что он позволяет создавать трехмерные конструкции с большими значениями толщины. ^[10]

Материал антенны и структурные параметры, такие как:

1. жидкий металл Галинстан (68,5% Ga, 21,5% In, 10% Sn, проводимость 3,46 × 106 См / м), который используется для реализации излучающего элемента;
2. — гибкий пластик NinjaFlex, используемый для реализации в процессе 3D-печати FDM диэлектрической подложки, заключающей в себе жидкий металл;
3. — электротекстильная медь (35% меди, 65% полиэстера, толщина 0,08 мм, удельное сопротивление 0,05 Ом / кв.), Составляющая заземляющую поверхность антенны.

проспект

В 2015 году команда Цзе Чжана обнаружила, что ^[11] жидкий металл (например, EGaIn, Галинстан), помещенный в электролит (растворы NaOH, NaCl или Na ₂ CO ₃ ), может обеспечивать энергию, «проглатывая» алюминий. в качестве пищи или топлива, обеспечивая высокую скорость, высокую эффективность и длительную работу. Небольшой кусок алюминия может забивать шарики из жидкого металла диаметром около 5 мм для обеспечения длительной работы. Более 1 часа непрерывных упражнений, скорость до 5 см / с. ^[12] Эта гибкая машина может перемещаться в свободном пространстве и в различных конструктивных каналах; как ни странно, он также может самостоятельно регулировать деформацию в соответствии с шириной пути вдоль пути. Динамический механизм имеет два аспекта. Согласно эффекту Ребиндера, жидкий металлический сплав ^[13] EGaIn или Galinstan проникает в алюминий, разрушая оксидную пленку на поверхности Al и приводя к активации Al. В растворе NaOH Al является катодом, а жидкий металл работает как анод.растворение Al на катоде приводит к тому, что Al теряет электроны. В состоянии равновесия галлий медленно реагирует с раствором щелочи, образуя галлаты, такие как [Ga (OH) ₄ ] ^—, что делает поверхность галлия отрицательно заряженной. и катионы накапливаются поблизости, и, таким образом, электрически заряженная граница раздела образует однородный диффузный двойной электрический слой (EDL). ^[14] Электроны, протекающие внутри от Al к жидкому металлу, предпочтительно раскисляют окисленный галлий около Al, что изменяет распределение зарядов по EDL, что приводит к возникновению градиента потенциала вдоль поверхности жидкого металла.Согласно уравнению Липпмана изменение EDL вызывает дисбаланс поверхностного натяжения жидкого металла. Следуя уравнению Юнга-Лапласа, дисбаланс поверхностного натяжения вызывает разность давлений между задней частью и головкой, которая создает тягу, толкающую каплю к голове; в то же время водород, образующийся в процессе электрохимической реакции, также увеличивает тягу. Открытие этого явления заложило техническую основу для разработки интеллектуальных двигателей, сосудистых роботов, систем перекачки жидкости, гибких приводов и даже более сложных роботов с жидким металлом. Тан, Ши-Ян; Хошманеш, Хашаяр; Сиван, Виджай; Петерсен, Фред; o’Mullane, Anthony P .; Эбботт, Дерек; Митчелл, Арнан; Калантар-Заде, Курош (2014). «Насос с включением жидкого металла». Труды Национальной академии наук . 111 (9): 3304–3309. Bibcode: 2014PNAS..111.3304T. DOI: 10.1073 / pnas.1319878111. PMC 3948272. PMID 24550485. Эта страница последний раз была отредактирована 23 сентября 2020 в 15:27 .

ученых создали изменяющий форму жидкий металл, который можно запрограммировать

В ужасающем прорыве, похожем на злодея, превращающего металл в Терминаторе 2, ученые из Университета Сассекса и Университета Суонси обнаружили способ применения электрических зарядов к жидкому металлу и коаксиалу это в трехмерные формы, такие как буквы и даже сердце.

Это открытие назвали «чрезвычайно многообещающим» новым видом материала, который можно запрограммировать на изменение его формы.

Ютака Токуда, научный сотрудник, работающий над этим проектом в Университете Сассекса, говорит: «Это новый класс программируемых материалов в жидком состоянии, которые могут динамически трансформироваться из простой формы капли во многие другие сложные геометрические формы. управляемый способ.

«Пока эта работа находится на ранней стадии, убедительные доказательства детального 2D-контроля жидких металлов побуждают нас исследовать больше потенциальных приложений в компьютерной графике, интеллектуальной электронике, мягкой робототехнике и гибких дисплеях».

Университет Сассекса

Ученые использовали электрические поля для придания формы жидкости; эти области создаются компьютером, что означает, что как положением, так и формой жидкого металла можно динамически управлять.

Профессор Шрирам Субраманиан, руководитель лаборатории INTERACT в Университете Сассекса, сказал: «Жидкие металлы — чрезвычайно многообещающий класс материалов для деформируемых приложений; их уникальные свойства включают управляемое напряжением поверхностное натяжение, высокую проводимость жидкого состояния и фазовый переход жидкость-твердое тело при комнатной температуре.

Одно из долгосрочных видений нас и многих других исследователей — изменить физическую форму, внешний вид и функциональность любого объекта с помощью цифрового управления для создания интеллектуальных, ловких и полезных объектов, которые превосходят функциональность любого современного дисплея или робота. . »

Исследование было представлено в прошлом месяце на конференции ACM Interactive Surfaces and Spaces 2017 в Брайтоне.

Металлический сплав Карнеги-Меллона

Это не единственная разработка, появившаяся в научном сообществе. Инженеры-исследователи из Университета Карнеги-Меллона создали новый металлический сплав, который существует в жидком состоянии при комнатной температуре и может конденсировать жидкометаллические транзисторы. гибкие схемы и, возможно, даже самовосстанавливающиеся схемы в далеком будущем.

Этот сплав, созданный в лаборатории Soft Machines в Карнеги-Меллоне исследователями Кармелом Маджиди, Майклом Дики и Джеймсом Виссманом, является результатом слияния индия и галлия. Достаточно двух капель этого жидкого металла, чтобы образовать или разорвать цепь, тем самым открывая или закрывая вход, аналогично традиционному транзистору, но, что еще лучше, для этого требуется только напряжение 1-10 вольт.

Электронная кровь

Эти расплавленные металлы или «электронная кровь» полностью изменят вычисления для грядущих поколений.IBM также разрабатывает свою собственную форму электропитания с 2013 года, REPCOOL, или проточная электрохимия окислительно-восстановительного потенциала для подачи энергии и охлаждения, — это проект, созданный по образцу структуры и источника питания мозга, в котором наша капиллярная система крови охлаждает и поставляет энергию. к этому жизненно важному органу. Исследователи полагают, что с электронной кровью тот же эффект можно применить к перегретым компьютерам.

«Однако по сравнению с современными ведущими компьютерами человеческий мозг примерно в 10 000 раз плотнее и в 10 000 раз более энергоэффективен.Исследовательская группа считает, что их подход может уменьшить размер компьютера с производительностью 1 петафлоп / с с размеров школьного класса до размеров среднего ПК или, другими словами, до объема около 10 литров », — сказал Доктор Бруно Мишель из IBM Research

Первые применения этой электронной крови должны произойти в 2030 г.

.

Liquid Metal Designs, Inc.

Переключить меню

• Сравнить
• |
• Поиск
• Подарочные сертификаты
• войти в систему или зарегистрируйтесь
• Корзина

Поиск

Поиск

• Аксессуары
  • Все аксессуары
  • Стаканы на 20 унций
• Одежда
• КОЛЛЕКЦИИ
  • ВСЕ КОЛЛЕКЦИИ
  • ПЕЩЕРНЫЙ ЧЕЛОВЕК
  • Спартанский
  • ТЕХАС
  • Она сарай
  • ЗАКОНОДАТЕЛЬСТВО
  • ПОЖАРНЫЕ БОЙЦЫ
  • Э.M.T.
  • МАСОНСТВО
• Произвольное Искусство
• Флаги
  • Все флаги
  • Пожарный
  • Военные
  • Патриотический
  • Правоохранительные органы
  • Патриотические документы
  • 16-дюймовая серия
• Военный
  • Все военные
  • Воздушные силы
  • Армия
    • Дивизии армии
    • Вкладки армии
    • Армейские значки и медали
    • Армейские звания
    • Ленты кампании
    • Рейнджер
  • БЕРЕГОВАЯ ОХРАНА
  • Морская пехота
    • Звания морской пехоты
  • Флот
• Магазин Все
• ПОЛИТИКА КОНФИДЕНЦИАЛЬНОСТИ
• Связаться с нами

• Подарочные сертификаты
• войти в систему или зарегистрируйтесь

Рекомендуемые товары

• Быстрый просмотр Выберите параметры

  НЕ ПЕРЕДАТЬ НА МЕНЯ

  Рекомендуемая производителем розничная цена:

  Был:

  Сейчас: 220 долларов.00

• Быстрый просмотр Выберите параметры

  ПОДГОТОВЛЕННАЯ ТРАНСФОРМАЦИЯ

  Рекомендуемая производителем розничная цена:

  Был:

  Сейчас: 275 долларов.00

• Быстрый просмотр Выберите параметры

  Бетси Росс

  Рекомендуемая производителем розничная цена:

  Был:

  Сейчас: 220 долларов.00

• Быстрый просмотр Выберите параметры

  Преобразование обходчика

  Рекомендуемая производителем розничная цена:

  Был:

  Сейчас: 250 долларов.00

• Быстрый просмотр Выберите параметры

  Превращение морской пехоты в битве

  Рекомендуемая производителем розничная цена:

  Был:

  Сейчас: 220 долларов.00

• Быстрый просмотр Выберите параметры

  Америка Сильный кадуцей

  Рекомендуемая производителем розничная цена:

  Был:

  Сейчас: 220 долларов.00

• Быстрый просмотр Выберите параметры

  Синяя линия AR Custom

  Рекомендуемая производителем розничная цена:

  Был:

  Сейчас: 250 долларов.00

• Быстрый просмотр Выберите параметры

  Звезды и полосы носили спартанские битвы

  Рекомендуемая производителем розничная цена:

  Был:

  Сейчас: 220 долларов.00

Самые популярные товары

• Быстрый просмотр Выберите параметры

  Рваные звезды и полосы

  Рекомендуемая производителем розничная цена:

  Был:

  Сейчас: 220 долларов.00

• Быстрый просмотр Выберите параметры

  Звезды и полосы

  Рекомендуемая производителем розничная цена:

  Был:

  Сейчас: 220 долларов.00

.