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    现金棋牌游戏平台下载“玻璃心”碎了?其实是“液态金属心”碎了|金属玻璃|玻璃态|液体_新浪科技_新浪网

    文章来源:新兴县 发布时间:2019-09-23 19:26:55  【字号:      】

    “玻璃心”碎了?其实是“液态金属心”碎了|金属玻璃|玻璃态|液体_新浪科技_新浪网

    起源:科学大院

    一款液态金属制造的吉他已经悄然问世,世界上第一款液态金属智能手机也早已进入市场。那么,液态金属到底是什么?它和我们今天的主角玻璃又有怎样的关系呢?

     2016年,美国液态金属公司与马丁吉他公司达成了协议,将推出一款液态金属合金制成的吉他配件,并用液态金属注塑机来制造。 (图片来源:Veer图库) 2016年,美国液态金属公司与马丁吉他公司达成了协定,将推出一款液态金属合金制成的吉他配件,并用液态金属注塑机来制作。 (图片起源:Veer图库)

    玻璃,是日常生涯中随处可见的东西,它四四方方,质地坚硬,用力一敲就会碎掉,拥有典范固态的特点。但当我们把玻璃敲碎,把它的粉末拿到显微镜下察看,却会发明它的分子排列凌乱无序,相比于金属、陶瓷、冰块这些分子排列整齐有序的固态而言,玻璃更像是液态。其实,正确来说,玻璃是玻璃态。

    生活中随处可见的玻璃 (图片来源:视觉中国)生涯中随处可见的玻璃 (图片起源:视觉中国)

    玻璃态:温度骤降背后的机密

    当高温液体冷却到熔点的时,液体就会开端凝固,逐渐形成固体。凝固是液体中无序排列的分子逐渐过渡为整齐排列的状态的进程,就好像在操场上自由运动的学生,在听到老师喊聚集的命令后,陆陆续续地排成一个个整齐的队伍一样。这种分子整齐堆积在一起的状态叫做晶态,处于晶态的物质叫做晶体。

    那液体冷却必定会得到晶体么?当然不是。若液体冷却到了低于熔点温度却仍然不结晶,这时我们就说这种液体“过冷”了。如果你想亲身见识一下过冷液体,不妨尝试一个有趣的小试验:

    首先筹备一瓶未开封过的蒸馏水,然后警惕翼翼地把它放进冰箱的急冻室里,注意全部进程不能有激烈的震动;另外再筹备同样大小的瓶子,装满自来水,同时放进急冻室内急冻;几个小时后,打开冰箱门,发明自来水已经结冰了,蒸馏水依然是液体。这瓶未结冰的蒸馏水就是过冷液体。

    这是为什么?液体在冷却进程须要有结晶“中心”才干结晶,自来水虽然经过过滤净化,但是依然会含有微量杂质,这些杂质形成了自来水结晶的“中心”。而蒸馏水是完整纯净的水,没有任何杂质,在冷却到0℃后,水分子没有依附的“中心”,所以不会结冰,而是形成过冷水。但是只要你往里面投入一粒盐粒,过冷水就会以盐粒为中心开端结冰,最终全体形成冰块。

    过冷水小实验(图片来源:https://www.iqiyi.com/w_19rwgabn19.html)过冷水小试验(图片起源:https://www.iqiyi.com/w_19rwgabn19.html)

    过冷液体很不稳定,如果在低温下放置时光长了,它也会自动地慢慢地变成冰块。但是这并不是我们想要得到的状态,为了防止过冷液体凝固,我们持续下降温度,当温度下降到某个临界点时,液体分子举动突然变得非常缓慢,液体的粘度激烈增大,流动性也大大下降,从宏观上看,物体表示得就和固体一模一样,这时候的物质状态就是玻璃态。

    水的粘度大概是~1cP(厘帕),食用油是~65cP,酸奶是~150cP,洗涤剂是~1500cP,粘度越大的流体,它的流动才能就越差。从这个角度懂得,我们可以以为玻璃态的物质是粘度非常大的液体,大到它们甚至不会流动的水平。玻璃就是玻璃熔体经过过冷,然后再进行快速冷却得到的物体。

    液体冷却过程可能形成晶体也可能形成玻璃态(图片来源:作者绘制)液体冷却进程可能形成晶体也可能形成玻璃态(图片起源:作者绘制)

    玻璃可以是任何物质

    过冷液体性质产生突变形成玻璃态的转变进程,叫做玻璃化转变,对应的温度称为玻璃化转变温度。

    信任大部分人在初中时都做过固体融化的试验。当时老师让学生分辨加热海波和石蜡两种物质,察看并记载两者的温度曲线和融化进程的形态。海波是一种晶体,它融化是从部分固体开端的,融化时温度坚持不变,并且会呈现固液两相共存的现象,直到所有固体融化成液体温度才会持续上升;而石蜡融化进程中温度一直上升,升温进程会整体一起从固体变成软乎乎、黏糊糊的东西,最后再变为澄清的液体,没有固定的熔点。

    现在我们知道了,石蜡是一种玻璃态物质,加热时与其说它融化了,不如说它“转变”了,而且转变进程没有断定的温度,是一个温度区间。从广义上来说,能够通过玻璃化转变成玻璃态的物质可以笼统地称为“玻璃”。

    海波的熔化曲线和石蜡的玻璃化转变曲线(图片来源:http://cooco.net.cn/testdetail/198474/) 海波的融化曲线和石蜡的玻璃化转变曲线(图片起源:http://cooco.net.cn/testdetail/198474/) 

    可以看出,玻璃化转变与融化有着非常大的差别。实际上,玻璃化转变不属于热力学上的相变进程,无论是晶体融化还是液体沸腾汽化,都须要吸收热量坚持相变时温度不变,而玻璃化转变不会吸收潜热,变更时温度也不会保持不变,它是力学状态上的一种变更。对于玻璃化转变的本质,现在还不是十分明白。玻璃态也不是热力学上的一种状态,因为与晶体、液体、气体这些稳定状态相比,玻璃是一种不稳定的状态,就和过冷水一样,它有自发向着晶态变更的偏向,但是这个自发趋势须要超出一段能垒,因此进程十分迟缓,短时光内难以察看得到。

    一些年代久远的老房子,它们的窗户可能会变得不那么透明了,就是因为玻璃结晶了。如果是石英玻璃,在结晶之后会形成石英。石英玻璃是二氧化硅的玻璃态,石英则是它的结晶态。如果你将玻璃加热再迟缓冷却,形成的也是石英而不是玻璃,所以自然状态下很难察看到玻璃的存在。

    晶体的能量更低,所以玻璃态物质会自发向晶态转变(图片来源:作者绘制)晶体的能量更低,所以玻璃态物质会自发向晶态转变(图片起源:作者绘制)

    金属玻璃:玻璃态利用的黄金时期

    玻璃态物质虽然是一种亚稳态物质,在我们生涯中却扮演者非常主要的角色。用来铺柏油马路的沥青,各种塑料制品,还有蜡烛、石蜡等常见的东西,都是玻璃态物质。理论上,只要冷却速度足够快,让冷却进程资料来不及结晶,所有液体都可以形成玻璃,金属也不例外。

    金属玻璃,顾名思义,就是处于玻璃态的金属,也叫做非晶态金属,商品名叫液态金属。下面如果提到非晶金属、非晶合金,指的都是金属玻璃。像玻璃、沥青、塑料这些资料,因为构成它们的分子很大,在下降温度时粘度会敏捷升高,容易形成玻璃态。但是金属的构成基础单元是原子,它们的移动才能很强,通常情形下都是以晶体情势呈现,如果要让金属形成玻璃态,就须要非常快的冷却速率,普通的降温手腕难以到达,所以金属玻璃的制备一直是困扰科学家们的难题。直到上世纪60年代,美国科学家发现了快速急冷法,金属玻璃的研讨才真正进入了新时期。

    晶态金属和金属玻璃的原子排列状态(图片来源:http://www.sohu.com/a/229957634_99934330)晶态金属和金属玻璃的原子排列状态(图片起源:http://www.sohu.com/a/229957634_99934330)

    那么金属玻璃毕竟有何魅力可以让科学家们如此着迷呢?金属玻璃既是金属也是玻璃,它兼具金属和玻璃两种资料的长处。首先,它比普通钢材强度、硬度更高,屈从强度可到达1900MPa,是不锈钢的两倍还多;而韧性又比玻璃好,断裂韧性高达55MPa·m-1/2,是玻璃的几十倍;同时它弹性非常优良,将它利用在高尔夫球击球头时,能够把99%的能量传递到球身上,用同样的力度击打,球可以飞翔得更远。

    高尔夫球杆的击球头(图片来源:视觉中国)高尔夫球杆的击球头(图片起源:视觉中国)

    目前,金属玻璃已经胜利利用在棒球、滑雪、滑冰等体育项目上。在军事方面,高强、高韧的金属玻璃不但可以用于制造防弹衣、装甲,还可以用于制造反坦克的穿甲弹。

    超人百毒不侵,可能是穿了金属玻璃的防弹衣 (图片来源:视觉中国)超人百毒不侵,可能是穿了金属玻璃的防弹衣 (图片起源:视觉中国)

    普通的金属通常是多晶资料,我们可以懂得为由一颗颗小的晶体所构成的大晶体。这些小晶体叫做晶粒,晶粒与晶粒接壤的界面称为晶面。晶面地方含能量比拟高,容易富集杂质原子,比晶粒的内部更加容易产生氧化和腐化。而金属玻璃中的原子以无规矩形态排列,没有晶粒和晶界,这意味着它长期泡在酸、碱、盐水等环境下不容易被腐化,也就是说不会那么容易“生锈”了,寿命也就更长了。如果将它利用在化工、海水等易腐化环境下,后果确定棒棒的。

    目前,已有部分非晶合金涂层胜利地利用在石油行业的钻具、油气输送管道,电力行业的锅炉、循环泵,以及军事上轮船、舰艇等范畴。另外,金属玻璃相比于晶态金属,原子排列比拟疏松,密度小,而且耐磨擦性能优良,用它制成手机外壳,可以使得手机更轻便、更硬朗、更耐磨损、更耐摔。

    非晶合金涂层应用在海洋舰艇的甲板、关键零部件上(图片来源:http://www.vccoo.com/v/1abc3b)非晶合金涂层利用在海洋舰艇的甲板、要害零部件上(图片起源:http://www.vccoo.com/v/1abc3b) 全球首款液态金属手机(图片来源:https://mobile.pconline.com.cn/666/6666623.html)全球首款液态金属手机(图片起源:https://mobile.pconline.com.cn/666/6666623.html)

    金属玻璃最成熟最普遍的利用在于它的磁性方面。铁、钴、镍基的金属玻璃具有非常良好的软磁性,是电机、变压器、电感器、无线电频率辨认器等电力、电子产品的幻想铁芯资料。

    最有意思的是,金属玻璃在加热忱况下可以变成具有流动性的粘稠液体,这样我们可以像吹制玻璃仪器一样,将金属玻璃吹制成各种形状的制品。总之,金属玻璃具有许多优良的特色,尽管现在大部分仍处于开发阶段,但是远景十分诱人。




    (责任编辑:阿勒泰市)

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