Жидкий металл - Liquid metal

Для использования в других целях см. Жидкий металл (значения).
Не путать с Liquidmetal.

Жидкий металл это металл или металлический сплав который жидкость в или рядом комнатная температура.[1]

Некоторые элементарные металлы являются жидкими при комнатной температуре или близкой к ней. Самым известным является Меркурий (Hg), которая расплавляется при температуре выше -38,8 ° C (234,3 K, -37,9 ° F). Другие включают цезий (Cs), который имеет температуру плавления 28,5 ° C (83,3 ° F), рубидий (Rb) (39 ° C [102 ° F]), франций (Fr) (расчетная температура 8,0 ° C [46 ° F]), и галлий (Ga) (30 ° C [86 ° F]).

Сплавы могут быть жидкими, если они образуют эвтектика, что означает, что температура плавления сплава ниже, чем у любого из составляющих его металлов. Стандартным металлом для создания жидких сплавов раньше был Меркурий, но галлий сплавы на основе, которые по своему давление газа при комнатной температуре и токсичности, используются в качестве замены в различных приложениях.[2]

Тепловая и электрическая проводимость

Сплавные системы, жидкие в помещении температура имеют тепловой проводимость намного превосходит обычные неметаллические жидкости,[3] позволяя 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 колебаться от стандартной Закон Аррениуса зависимости, до гораздо более крутой (не аррениусовской) зависимости, такой как та, которая определяется эмпирически Уравнение Фогеля-Фулчера-Таммана.Также была разработана физическая модель вязкости жидких металлов, которая отражает эту огромную изменчивость с точки зрения лежащих в основе межатомных взаимодействий.[5]

Электрическое сопротивление жидкого металла можно оценить с помощью формулы Зимана, которая дает сопротивление в единицах статического структурный фактор жидкости, как это может быть определено измерениями рассеяния нейтронов или рентгеновских лучей.

Смачивание металлических и неметаллических поверхностей

Один раз оксиды были удалены 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 разъедающий ко всем металлам, кроме вольфрам и тантал, которые обладают высокой устойчивостью к коррозии, более чем ниобий, титан и молибден.[7]

Похожий на индий, галлий и галлийсодержащие сплавы обладают способностью смачивать многие неметаллические поверхности, такие как стекло и кварц. Осторожно втирая сплав в поверхность, можно вызвать смачивание. 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 не было проведено исследование UCLA развенчали вышеупомянутый миф путем тестирования Галинстан, сплав на основе галлия, который является жидким при комнатной температуре в бескислородной среде.[8] Примечание: эти сплавы образуют тонкую матовую оксидную пленку, которая легко диспергируется с помощью мягких волнение. Поверхности без оксидов яркие и блестящие.

Приложения

Благодаря своим превосходным характеристикам и способам производства жидкие металлы часто используются в носимых устройствах, медицинских устройствах, взаимосвязанных устройствах и т. Д.

Типичные применения жидких металлов включают: термостаты, переключатели, барометры, теплопередача системы и тепловое охлаждение и отопительные конструкции.[9] Уникально то, что они могут использоваться для передачи тепла и / или электричества между неметаллическими и металлическими поверхностями.

Термические интерфейсы

Жидкий металл иногда используют как материал термоинтерфейса между кулеры и процессоры из-за высокой теплопроводности. В PlayStation 5 игровая приставка использует жидкий металл для охлаждения высоких температур внутри консоли.[10]

Устройства для 3D-печати

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

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Neumann, Taylor V .; Дики, Майкл Д. (2020). «Прямая запись на жидком металле и 3D-печать: обзор». Передовые технологии материалов. 5 (9): 2000070. Дои:10.1002 / admt.202000070. ISSN  2365-709X.
  2. ^ Материалы термического интерфейса
  3. ^ Куньцюань, Ма; Цзин, Лю (октябрь 2007 г.). «Жидкометаллическое управление компьютерными микросхемами». Границы энергетики и энергетики Китая. 1 (4): 384–402. Дои:10.1007 / s11708-007-0057-3. ISSN  1673-7504.
  4. ^ Шахтер, А .; Гошал, У. (19 июля 2004 г.). «Охлаждение микроустройств большой удельной мощности жидкометаллическими теплоносителями». Письма по прикладной физике. 85 (3): 506–508. Bibcode:2004АпФЛ..85..506М. Дои:10.1063/1.1772862. ISSN  0003-6951.
  5. ^ Krausser, J .; Samwer, K .; Закконе, А. (2015). «Мягкость межатомного отталкивания напрямую контролирует хрупкость переохлажденных металлических расплавов». Труды Национальной академии наук США. 112 (45): 13762. Дои:10.1073 / pnas.1503741112.
  6. ^ Wade, K .; Банистер, А. Дж. (1975). Химия алюминия, галлия, индия и таллия. Пергамские тексты по неорганической химии. 12. КАК В  B0007AXLOA.
  7. ^ Лион, Ричард Н., изд. (1952). Справочник по жидким металлам (2-е изд.). Вашингтон, округ Колумбия.CS1 maint: дополнительный текст: список авторов (связь)
  8. ^ Лю, Т .; С., Просенджит; Ким, К.-Дж. (Апрель 2012 г.). «Определение характеристик нетоксичного сплава жидкого металла Галинстан для применения в микроустройствах». Журнал микроэлектромеханических систем. 21 (2): 443–450. CiteSeerX  10.1.1.703.4444. Дои:10.1109 / JMEMS.2011.2174421.
  9. ^ Материалы термического интерфейса жидкого металла
  10. ^ Грабб, Джефф (7 октября 2020 г.). «PlayStation 5 использует жидкий металл - вот почему это круто». VentureBeat. Получено 19 декабря, 2020.