Tekutý kov: struktura, vlastnosti

Dnes je obvyklé, že kov v normálním stavu je pevný, je otřesený. Dlouho se předpokládalo, že jedinou výjimkou z tohoto tvrzení je rtuť, která zůstává v kapalném stavu až do -39 ° C. Odpověď na otázku, který kov je tekutý, není tak přímočará.

Tekuté kovy v přírodě

Ve skutečnosti, rtuť není jediný tekutý kov na světě. Galium, cesium a francium jsou také známé, které jsou v tekutém stavu až do + 30 ° C.

Gallium je velmi široce používán, například v elektronice. Kromě skutečnosti, že se tání při nízkých teplotách, gália, a to je jeho hlavní výhoda, varí při teplotě nejméně 2230 ° C. Mimořádně široký interval tavení umožňuje použití tohoto prvku při provozu atomových reaktorů.

Cesium je neméně žádaným prvkem, přestože je v zemské kůře extrémně malý a jeho těžba je obtížná.

A tady radioaktivní prvek Francie, jehož poločas rozpadu je o něco více než 22 minut, vzniká během rozpadu mořské sasanka a stále není známo, jak vypadá. Dokonce i vědci o něm vědí velmi málo a tato znalost se shromažďuje kousek po kousku. Vědecké laboratoře provádějí studium tohoto prvku na vzorcích o hmotnosti desetimiliontu gramu, které se každých dvacet dva minut sníží o polovinu.

To znamená, že při teplotách mírně odlišných od teploty místnosti mohou být čtyři prvky periodické tabulky nazývány tekutými kovy, včetně rtuti.

Kovová konstrukce

V kovu jsou atomy uspořádány v přísném geometrickém pořadí a tvoří krystalovou mřížku. Jejich typy v různých kovů a slitinách se liší v závislosti na počtu a uspořádání atomů.

V roztavených kovech jsou atomy v chaotickém pohybu a vazby mezi nimi jsou přerušeny.

Obvyklý roztavený tekutý kov z kamenů je jen materiál s krystalovou mřížkou a obvyklými vlastnostmi pevného tělesa při normální teplotě.

Při ochlazování tekutého kovu začíná proces krystalizace, jehož rychlost se zvyšuje s klesající teplotou. Vazby mezi atomy jsou obnoveny a formovány krystalová mřížka. Porušení integrity kovu, například tvorba hrdze nebo prasklin, nastává přesně na hranicích mezi krystaly. To znamená, že pokud mezi krystaly nejsou žádné jasné hranice, nejen mechanické, ale také elektrické a magnetické vlastnosti kovové změny.

Vlastnosti tekutých kovů

Vědci říkají, že amorfní materiály mohou být desetkrát silnější než krystalické analogy a jejich elektrický odpor více než pětkrát. Kromě toho jsou při normální teplotě schopny udržet vlastnosti více než sto let, ale teplo je špatně tolerováno.

Pokud tekutý kov z květu ochladí tak rychle, že vazby mezi atomy a krystaly nemají čas se zotavit, pak dostanete látku v amorfní formě, která kombinuje vlastnosti kovů a kapalin.

Má povrchové napětí a viskozitu kapalin a snižuje a odráží elektromagnetické vlny, jako každý kov. Struktura tekutých kovů je chaotická akumulace atomů bez pevných vazeb mezi nimi.

Vzhledem k tomu, že neexistuje krystalová struktura, mají tyto látky pozoruhodné magnetické vlastnosti, vysokou pevnost v tahu a houževnatost.

Tekutý kov je více než dvakrát tak silný jako titan, nehrozí a může být tvarován do formy, dokonce i nejkomplexnější, jako každý plastový materiál. Současně po odlití není nutné další zpracování produktu - má jasné obrysy a dokonale hladký povrch.

Tekuté kovy na bázi galia

Slitiny na bázi kovů s nízkým bodem tání a v globálním průmyslu je zhruba třicet, mají teplotu tání nižší než 70 ° C. Většina z nich je chemicky aktivní a toxická. Slitiny na bázi galia, které obsahují indium, cín a zinek v různých poměrech, taví při nízkých teplotách, méně než 40 ° C a nejsou toxické ani chemicky aktivní. V průmyslu je pouze osm, ale variace mohou být mnohem větší, v závislosti na procentu složení.

Tyto slitiny jsou tekuté kovy. Nejsou toxické, ale odborníci doporučují pracovat s nimi, aby přijali opatření a pracovali v gumových nebo bavlněných rukavicích.

Metody výroby tekutých kovů

Pokud nemluvíte o tekutých kovů založených na gáliu, vědci nejprve hledali možnost rychlého ochlazování roztaveného kovu. Existuje způsob stříkání kovu se zařízením připomínajícím rozprašovač, v tenké vrstvě na velmi chladném povrchu. Metoda se nazývá iontové plazmové rozprašování. Použití a aplikace tekutého kovu na rotujícím disku. V každém případě s použitím těchto metod bylo možné získat úzké pásy kovu, které nemohou být spojeny horkými metodami běžnými pro krystalické látky.

Dalším krokem bylo vytvoření slitin z kovů, které se navzájem slabě spojují. Odborníci společnosti Caltech vyvinuli slitinu nazvanou Liquidmetal. Kompozice tekutého kovu zahrnuje titan, měď, nikl, zirkon a beryllium. Při ochlazování takové slitiny dochází k krystalizaci velmi pomalu, protože atomy kovu jsou velmi rozdílné.

Použití tekutých kovů

Tekuté kovy na bázi galia se používají v požárních poplachových systémech jako chladicí kapalina v chladicích systémech s vysokými provozními teplotami.

Během období, ve kterém byla získána slitina "tekutý kov" ve formě úzkých stužek, byla použita k vytvoření kódového označení určeného k boji proti krádeži a použití v povlakových vrtacích potrubích ke zvýšení jejich životnosti.

Když vznikla společnost Liquidmetal, začala být používána při výrobě golfových klubů. Výpočty ukázaly, že takový klub dává míč silnější energetické úsilí než obvykle.

Experti společnosti Liquidmetal Technologies se podílejí na vývoji předních výrobců lyží a lyží baseballové pálky.

V obranného průmyslu může Liquidmetal nahradit ochuzený uran v projektilích piercing brnění.

V Rusku byly prvky a microwires pro obzvláště citlivé a přesné nástroje ve výrobě lékařských přístrojů a elektronická zařízení, filtry na ochranu cenných papírů a bankovek před padělanými a mnoho dalšího byly vyrobeny z tekutého kovu získaného z taveniny chlazené na rotujícím disku.

Tekuté kovy jako tepelné rozhraní

Tepelné rozhraní je široce používáno v měřících zařízeních, elektronických zařízeních a domácích počítačích.

Tepelné rozhraní je tepelně vodivá látka, která se nanese v tenké vrstvě mezi povrch, který je třeba ochladit, a zařízením navrženým k odstranění tepla.

K tomu jsou vysoké požadavky:

- konstantní konzistence, která se během provozu nebo skladování nemění;

- stabilita vlastností v rozsahu provozních teplot;

- netoxické a nehořlavé;

- snadné použití a odstranění z povrchu;

- minimální tepelný odpor.

Nejběžnějším typem tepelného rozhraní je tepelně vodivá pasta nebo jednodušeji tepelná pasta. Tekutý kov s vysokým součinitelem tepelné vodivosti a dalšími vlastnostmi může nejlépe splňovat požadavky na termické mazivo.

V počítačích desky s plošnými spoji Procesory vydávají velké množství tepla. Na horní straně procesoru je nainstalován chladicí mechanismus (chladič). Pro zvýšení účinnosti odvodu tepla a odstranění vzduchové mezery mezi chladičem a procesorem se používá tepelná pasta.

Coollaboratory produkty

Společnost Coollaboratory vyvinula výrobek sestávající výhradně z tekutých kovů, neobsahujících částice a nekovové přísady.

Tekutý kov Coollaboratory Liquid Pro je tepelně vodivý materiál s vysokou tepelnou vodivostí, který se na vnějším povrchu podobá rtuti, avšak netoxický, vyznačující se vysokou schopností smáčení mnoha materiálů.

Chladicí pracovní kapalina Ultra ve formě pasty se snadno aplikuje štětcem na kryt rozdělovače tepla procesoru.

Coollaboratory Tekutá kovová podložka je tepelně vodivé těsnění, které se snadno nanese na povrch a roztaví se pouze při zahřátí procesoru.

Všechny tyto tekuté kovy nemohou pracovat v kontaktu s hliníkem - radiátor musí být vyroben z mědi poniklovaným. Výrobce tvrdí jedinečný index tepelné vodivosti Coollaboratory Liquid Metal. Je pravda, že recenze tohoto tekutého kovu jsou nejednoznačné a mnoho uživatelů vykazuje pochybnosti o uvedených vlastnostech.

Používání výrobců tekutých kovů smartphonů

V současné době americká verze iPhone přichází s nástrojem pro extrahování SIM karty, jinými slovy i-Clip z tekutého kovu.

Ale taková jedinečná látka, která má jakoukoli formu s malou hmotností, antikorozními vlastnostmi a zejména vysokou pevností, vysokou odolností proti opotřebení, vysokým koeficientem využití může být použita k výrobě případů smartphonů, flash disků a hodin. Apple plánuje vyrábět klíč Home a dotykový povrch z tekutého kovu.

HTC také plánuje používat LiquidMetal při výrobě případů smartphonů. Ale tato data jsou neoficiální.

Turing Robotics Industries (TRI) při vytváření unikátního telefonu s Androidem využívá Turing Phone těžké zirkonium, měď, hliník, nikl a stříbrnou slitinu, který se v popisu komponent smartphonu nazývá liquidmorphium, aby se rámovalo pouzdro a rámeček na okraji displeje. Tato slitina je mnohem silnější než titan a účinně odolává nárazům a odráží světlo zvláštním způsobem.

3D tisk pomocí tekutého kovu

Odborníci z University of North Carolina zvedli takovou slitinu galia a indium, která si udržuje svůj tvar po tisku. Tenký oxidový film drží tištěnou strukturu koulí a vláken, které zůstávají uvnitř kapaliny. Pomocí technologie trojrozměrného tisku můžete vytvářet elastické ohebné dráty, které vydrží opakované protahování a stlačování.

Dříve australští vědci vytvořili kovové předměty, které musí obnovit tvar, používaly slitinu galia, cínu a india na bázi galia s bodem tání 19 ° C a speciální práškovou vrstvou.

Vědci se domnívají, že takové produkty se mohou v elektronice vyjádřit.

Barvy "tekutý kov"

Barvy s tímto jménem, ​​přísně řečeno, nejsou tekutým kovem.

Tekutý kov - barva z kovových pigmentů, jemné prášky z neželezných kovů a slitiny hliníku, mědi, zinku, bronzu. Kovové pigmenty zahrnují zlatý bronz, prášek mědi, hliník a zinek. Tyto barvy mají dobrou adhezi s jakýmikoliv povrchy: plasty, kovy, tkaniny, sklo, omítka, keramika, dřevo. Je rovnoměrně stříkán tryskami od 0,2 mm a fixován vodou ředitelnými laky.

Barva "liquid metal" značky Maimeri ("Maymer") na bázi pryskyřice se zředí alkoholem a slouží k ozdobení tenkých povrchů - papíru, lepenky, dřeva. Je charakterizována dodatečnou odolností proti opotřebení a oxidaci.

Tekutý kov Viva ("Viva") se zředí vodou a je určen pro lakování porcelánu, kameniny, keramiky, keramiky.

Speciální nátěr vyvinuli specialisté Mercedes Benz na kupé CL 65 AMG na základě nejlepších hliníkových pigmentů. Tento povlak odráží světlo a svítí intenzivně.

Na závěr můžeme konstatovat, že koncept "tekutého kovu z karmíny" není úplný. Co jiného lze přiřadit této kategorii materiálů? "Tekutý kov" - název je také umělé slitiny a látky v amorfním stavu, s vlastnostmi kovů, včetně barev a lesku.