提到液态金屬,大家往往會想到《終結者2》裡面不苟言笑的T-1000。
能聚能散,能屈能伸。上一秒它是一灘鐵水,下一秒就給你變個猛男。
能隐形,攔不住,甩不掉,「液态金屬」似乎和陰魂不散畫上了等号。
跟科幻片比起來,現實中真正的液态金屬看起來人畜無害:不過,說起破壞力,它還真是有幾分電影裡的樣子。
讓我們先找來一個鋁制易拉罐,然後把漆弄幹淨,最好磨亮或者用刀劃幾道,然後再把這種金屬抹到磨亮的地方,放上一段時間。
然後,用手指頭稍微一用力,你會發現,易拉罐變得好像脆弱的紙片?
如果這個易拉罐中正巧裝着可樂,畫風可能是這樣……
這種金屬還能用來開鎖,把這種金屬澆到鋁鎖上,鎖會變成這副模樣:不過,這個變化需要好幾個小時時間,所以等鎖變脆的時候,開鎖公司的早就下班回家吃晚飯了。
如果,我是說如果你不慎把金屬镓倒在了自己的iPhone上,恭喜,你現在有一個完美的理由可以換新機了。
不過,用這種神秘金屬溶解其他金屬(例如圖中的鈉)的過程中,最好不要加水,不然他倆會讓你見識一下什麼叫藝術:
這個現實中的破壞王,就是液态金屬——镓。跟其他能屈能伸,獨當一方的金屬相比,它在30℃下就會輕松變成液體,稍微遇熱就會化成「一灘」,堪稱金屬界「肥宅」。
别人都是「熱脹冷縮」,镓卻像冬眠的黑熊一樣「遇冷變胖」。镓在降溫之後會發生過冷卻,并且固化時體積變大,之前手裡的液态镓,直到0℃也能保持液态。
金屬镓表示:我憑本事變的液态金屬,憑什麼讓我變回去!
别的金屬都是一副「鋼筋鐵骨」,怎麼到了镓他就變成了一灘液體呢?
這就要從固體内聚能開始說起。
「固體的内聚能,是指大量獨立的原子結合成固體時每個原子釋放的能量。」
打個比方就是,如果你手裡有軟塌塌,黏糊糊的一坨面。這坨面軟軟黏黏,揉成面團費時費力。不過你揉的過程越用力,面團就越不沾面盆,如果用力過猛,面團還會硬邦邦。
内聚能也遵循這樣的原則,内聚能越強,原子間結合越緊密,熔化材料就越困難。粗略的來說,許多材料的熔點都和内聚能成正比。
那也就是說,金屬镓的内聚能低,所以熔點低呗?
當然有這方面的原因,但是金屬镓的熔點低,還因為它的「戶型」不好!
啥?這年頭「原子」都開始搞房地産了?
金屬的晶體結構,就是他們「原子」落戶的「戶型」。不同金屬,這「戶型」也不一樣:有立方的、有正交的、有四方的、有六方的。但是不管怎麼說,固态金屬戶型,畫風都是比較嚴謹的。
但是作為「摸魚肥宅」,镓住的屋子跟私搭亂建一樣:镓作為金屬,在正交結構的基礎上,居然出現了金屬中少見的共價鍵,堪稱金屬界的「男上加男」!
一堆相對緊密的金屬鍵,加上一堆松松垮垮的「共價鍵」。讓金屬镓的結構變得不那麼緊密。受到加熱之後,松松垮垮的共價鍵也會不斷的扭曲變形,金屬镓也會放飛自我,變成一灘銀色液體。
這一系列的物理性質,也讓金屬镓難以保存:還記得镓在凝固時體積會延展變大嗎?金屬镓熔點低,很容易在熔化和凝固之間反複橫跳。容器裡如果裝了太多金屬镓,就會自己冒出來。
尤其是金屬镓的密度還高于玻璃密度,這就導緻金屬镓隻能儲存在塑料容器裡:如果你把液态的镓滿滿的倒進一個玻璃瓶,你會看到金屬镓不斷的浸潤玻璃,時間長了,你還能聽到「咔嚓」的一聲——沒錯,玻璃瓶被撐碎了。
說了這麼多,這跟我徒手拆易拉罐有什麼關系?
這當然不是什麼超級神功,而是因為金屬镓和金屬鋁之間發生了一些神奇的變化。
然而,和你想象中不同的是,金屬镓和金屬鋁并沒有發生化學反應。
易拉罐在镓的影響下,變得跟紙片一樣,還是要從镓和鋁的微觀結構說起:
鋁的結構跟镓比,那是妥妥的「氣質型男」,排布結構更為規則。不過規則的排布也帶來了另一個問題:雖然外觀規矩了很多,但是鋁原子之間的縫隙并不小。
金屬镓作為一灘液體,裡面的原子也比較散漫,看到這些縫隙也會見縫插針。
這就像「肥宅」拉着「型男」直接說道:大哥撸串不?
本來緊密的「鋁-鋁」相連,就變成松散的「鋁-镓」相連。
之前将内聚能的時候我們說,結構規則,有着緊密連接的物體,内聚能更好,硬度更高。金屬镓的「見縫插針」,直接破壞了金屬鋁的結構,最後易拉罐也就變成了脆脆的「紙片」。
如果我們打磨掉金屬鋁外層與空氣反應産生的氧化鋁保護層,這個過程會進一步加速。
說了這麼多,镓真的像一開始說的一樣,是沒用的「肥宅」嗎?
當然不是。液态镓的穩定範圍相當的高,非常适合用在高溫溫度計和高溫壓力計的儀表中,并且也可以在工業中用來傳導熱量。除此之外,它還可以與非金屬反應制備半導體進行摻雜,在電子工業有着很廣泛的應用。
跟同為液态金屬的汞相比,像是镓铟合金這樣的低溫合金對人體更加友好:如果你的身邊有着電腦硬件發燒友的話,可能會聽到他們會用「液金」來給高溫的硬件散熱。「液金」中部分高端産品,使用的就是镓铟合金,它的導熱性能優秀,可以帶走不少熱量,幫助提升硬件性能。
如果你還想在他們的面前秀一波操作,你還可以告訴他們:塗抹液金的時候,不要與焊點和表面沒有防護層的金屬元件接觸,更不要直接用液金覆蓋住整個精密元件。不然散熱沒散出去,電腦可能還會因為返修大打折扣。
除了可以導電,镓铟合金還可以通過通電控制電子的移動方向,或者依靠磁場進行運動,實現金屬的定型和定向移動。
科幻迷心心念念的「液态機器人」,也許有一天就要靠它實現了。
(文中圖片素材來源自網絡,僅供學習交流使用)
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