какие жидкие металлы бывают

Жидкие металлы

Свойства жидких металлов

Сочетание хорошей теплопроводности и значительной теплоемкости некоторых жидких металлов нашли для них применение в качестве теплоносителей. К примеру, натрий и калий используются в ядерных реакторах для охлаждения.

Для создания сплавов (с температурой плавления ниже 40 0 С) используются натрий, калий, олово, цинк, ртуть, галлий и прочие легкоплавкие металлы в различных пропорциях. Основным минусом таких соединений является высокая химическая активность или даже ядовитость, что серьезно сужает сферу их применения.

Но эта сложность была преодолена, и разработаны нетоксичные сплавы, в состав которых входит галлий:

Сплав

Температура плавления (С 0 )

галлий 82 %, олово 12 %, цинк 6 %

галлий 61 %, индий 25 %, олово 13 %, цинк 1 %

Применение жидких металлов

Используются термопасты в радиоэлектронных устройствах, измерительной технике, бытовых компьютерах.

Требования к термопастам предъявляются серьезные. Они должны:

Высокий коэффициент теплопроводности жидких металлов позволяет с успехом их использовать в качестве термопаст.

Жидкий металл вместо термопасты

В компьютерах термопаста применяется для регулирования тепловыделения чипов на печатных платах. Чем мощнее процессор, тем большее тепло он выделяет при работе.

Внешне он напоминает ртуть, но при этом абсолютно нетоксичен. В нем полностью отсутствуют твердые частицы и неметаллические добавки (оксиды, силикон и прочие).

У этого жидкого металла есть только одно неудобство: он разработан специально для высококачественных кулеров из меди и серебра. Алюминий, используемый в дешевых кулерах, не обладает достаточной устойчивостью при взаимодействии с Coollaboratory Liquid Pro.

Зато к несомненным плюсам нового жидкометаллического термоинтерфейса относится впечатляющая теплопроводность, в десятки раз превосходящая классические аналоги.

Источник

Жидкий металл: подводные камни. Взгляд глазами химика

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!

Источник

Жидкий металл: структура, свойства

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.

Температура плавления, °С

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.

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.

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.

Краски «жидкий металл»

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

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.

Источник

Жидкий металл, или Как превратить любую поверхность в металлическую?

Казалось бы, довести латунь, медь или бронзу до текучего состояния можно лишь в доменной печи. Но разработчикам жидкого металла удалось добиться невозможного. В нашем распоряжении появился материал, который можно наносить, как краску, превращая любые твердые предметы в металлические. В буквальном смысле слова.

До недавней поры «металлизировать» поверхность можно было лишь при помощи красок. И нельзя сказать, что этот способ плох. Имитация меди, бронзы, стали и даже золота бывают столь достоверными, что даже придирчивый зритель не распознает подделку. У окрашивания есть только один недостаток — недолговечность. Насыщенное пигментом покрытие зачастую стирается от легкого прикосновения, и очень скоро его приходится в лучшем случае обновлять, а в худшем — переделывать.

Ситуация в корне изменилась, когда на рынке появился так называемый жидкий металл. Разумеется, это не ртуть, не термопаста и не пришедший из будущего терминатор Т-1000. Речь идет о декоративном покрытии, которое на 95% состоит из тончайшей металлической пыли. Остальные 5% приходятся на композитное связующее, которое обеспечивает отделочному слою удивительную прочность.

Да, жидкий металл куда более износостоек, чем самая прочная краска. Сила его сцепления с подложкой настолько велика, что поверхность можно не только шлифовать и полировать, но даже наносить на нее гравировку.

Справедливости ради стоит отметить, что покрытие является металлическим как в хорошем, так и в плохом смысле слова. Со временем поверхность может окислиться, покрыться патиной или попросту заржаветь, если оставить ее без соответствующего ухода. И если естественное старение не входит в планы декоратора, нужно воспользоваться обычными защитными лаками для металла.

Жидкий металл обладает всеми характеристиками литого изделия. Это касается не только цвета, блеска и текстуры, но также теплопроводности, магнитных свойств и проч.

При помощи жидкого металла можно отделать любую прочную твердую поверхность. Покрытие выпускается во множестве вариантов — медь, бронза, латунь, серебро, золото и т.д.

Декораторы быстро «распробовали» этот удивительный материал и уже довольно активно используют его в отделке интерьера, украшая стены, потолки, лепнину и мебель. Да и для наружных работ нет никаких противопоказаний, главное — не забывать про антикоррозийную защиту.

Но можно ли назвать жидкий металл материалом без недостатков? К сожалению, нет. Первый и основной минус — высокая цена. Так, за упаковку весом 1 кг, от зарубежного производителя, придется заплатить около 8000 руб. Впрочем, в последнее время на нашем рынке появились отечественные аналоги, которые стоят почти в два раза дешевле.

Также стоит отметить, что жидкий металл нельзя назвать безопасным и экологически чистым продуктом. После затвердевания он становится нейтральным, но сам процесс смешивания компонентов сопровождается довольно активной химической реакцией. И чтобы обезопасить себя, необходимо использовать защитные перчатки и респиратор. Впрочем, процесс отделки стоит рассмотреть подробно.

Технология нанесения

Как уже говорилось выше, жидким металлом можно покрыть любую твердую плотную поверхность. Но перед отделкой ее необходимо тщательно очистить от пыли, жира и других загрязнений, а потом воспользоваться грунтом. И если отделке подлежит гладкий предмет, от которого нужно добиться зеркального блеска, грунт желательно отшлифовать мелкой наждачной бумагой и еще раз тщательно обеспылить.

Если пренебречь подготовительной работой, жидкий металл будет ложиться неровно, образуя потеки. А это приведет к перерасходу недешевого материала

Следующий этап — приготовление отделочного состава. Очень важно смешивать компоненты в строжайшем соответствии с пропорциями, которые указаны производителем. Если нарушить их, жидкий металл затвердеет слишком быстро, или же не затвердеет совсем.
Если покрытие будет наноситься шпателем или кистью, достаточно смешать наполнитель и отвердитель. В результате образуется постепенно густеющая паста, которая может ложиться немного неровно. Следы мазков убирают уже после затвердевания жидкого металла при помощи нескольких 3-5 видов наждачной бумаги разной степени зернистости, двигаясь от крупной фракции абразива к мелкой.
Утомительной шлифовки можно избежать, если наносить металл краскопультом. Но в этом случае покрытие нужно развести, сделав максимально жидким и текучим. Для этого существует специальный разбавитель. Когда и в каких пропорциях нужно его добавлять, указано в инструкции производителя.

Жидкий металл наносят в несколько этапов, по технологии «мокрое по мокрому», то есть новый слой накладывают, не дожидаясь высыхания предыдущего

Толщина покрытия варьируется в среднем от 0,1 до 2 мм. После нанесения по той или иной технологии покрытие нужно оставить до полного затвердевания, которой составляет обычно 24 часа. И заключительный этап — полировка. Для этих целей можно использовать металлическую шерсть, мягкие абразивные губки, войлочные шлифовальные бруски и проч. А полировочные пасты для металла еще больше усилят благородный металлический блеск.

Источник

Жидкие металлы

Полезное

Смотреть что такое «Жидкие металлы» в других словарях:

ЖИДКИЕ МЕТАЛЛЫ — непрозрачные жидкости, обладающие большими теплопроводностью и электропроводностью, а также др. св вами, характерными для тв. металлов. Ж. м. явл. все расплавл. металлы и сплавы металлов с рядом металлидов. Нек рые полуметаллы и полупроводники… … Физическая энциклопедия

ЖИДКИЕ МЕТАЛЛЫ — расплавы всех металлов и ряда полупроводников (Si, Ge, InSb и др.), обладающие высокими электро и теплопроводностью, отрицательными коэффициентами электропроводности и другими свойствами твердых металлов. Многие жидкие полупроводники (расплавы Te … Большой Энциклопедический словарь

жидкие металлы — расплавы всех металлов и ряда полупроводников (Si, Ge, InSb и др.), обладающие высокими электро и теплопроводностью, отрицательным коэффициентом электропроводности и другими свойствами твёрдых металлов. Многие жидкие полупроводники (расплавы Te … … Энциклопедический словарь

Жидкие металлы — непрозрачные жидкости с характерным блеском, обладающие большой теплопроводностью, электропроводностью и другими особенными свойствами твердых металлов. Жидкими металлами являются все расплавленные металлы и сплавы металлов. Некоторые… … Энциклопедический словарь по металлургии

ЖИДКИЕ МЕТАЛЛЫ — непрозрачные жидкости с характерным блеском, обладающие большой теплопроводностью, электропроводностью и другими особенностями, свойственным твердым металлам. Жидкими металлами являются все расплавленные металлы и сплавы металлов. Некоторые… … Металлургический словарь

МЕТАЛЛЫ — (от греч. metallon, первоначально шахта, руда, копи), простые в ва, обладающие в обычных условиях характерными св вами: высокими электропроводностью и теплопроводностью, отрицательным температурным коэфф. электропроводности, способностью хорошо… … Физическая энциклопедия

Жидкие полупроводники — вещества, обладающие в жидком состоянии свойствами полупроводников (См. Полупроводники). Плавление многих твёрдых полупроводников (Si, Ge и др.) сопровождается резким увеличением электропроводности до значений, типичных для металлов (См.… … Большая советская энциклопедия

ЖИДКОСТЬ — агрегатное состояние в ва, промежуточное между твёрдым и газообразным. Ж. присущи нек рые черты твёрдого тела (сохраняет свой объём, образует поверхность, обладает определ. прочностью на разрыв) и газа (принимает форму сосуда, в к ром находится,… … Физическая энциклопедия

КОРРОЗИЯ МЕТАЛЛОВ — самопроизвольное физико химическое разрушение и превращение полезного металла в бесполезные химические соединения. Большинство компонентов окружающей среды, будь то жидкости или газы, способствуют коррозии металлов; постоянные природные… … Энциклопедия Кольера

Источник