相信很多同學(xué)們都看過電影終結(jié)者5吧~里面李秉憲扮演的T-1000還記得不,？

T-1000可是該部電影里面最難搞定的機器人之一,，他那可以自由變換形狀的身體到底是什么東東做的呢？

嗯,，沒錯,，今天要 show 給大家的就是液態(tài)金屬~

那么，從嚴格的物理角度來講什么是液態(tài)金屬呢,？

液態(tài)金屬呢,，是一種新材料，具有非常特殊的物理化學(xué)性質(zhì)…我們物理所極端條件實驗室就有一個具有雄厚實力的研究團隊在進行相關(guān)研究…

…干嘛上來就要那么嚴肅地探討學(xué)術(shù)問題…來兩個小實驗讓大家 warm up 一下好吧~

1

來,，扔兩個小球

我們?nèi)×藘筛粯娱L的玻璃管,，在兩個玻璃管的里面的底部分別放置了兩種不同的金屬材料，A是普通的鋼,，B是我們今天要重點介紹的新型材料（不要問我為什么不是液態(tài)的啊~終結(jié)者里面的T-1000也不總是在地上流呀流的…）

將兩個相同材質(zhì)相同大小的小金屬球分別放置在兩個玻璃管的正上方入口…

將要發(fā)生什么呢,？

我們看到B玻璃管中的小球彈得比A玻璃管中小球高多了~

第一個實驗就結(jié)束了…

2

來，泡兩杯￥%#

還是老套路,，上來先分組,。

A組的是新型材料…B組是普通鋼材…

又分別配上一瓶相同濃度、相同體積,、相同成分的弱酸溶液……

然后把這兩種材料分別放進這兩瓶弱酸溶液中…結(jié)果可能你已經(jīng)猜到了,，但是我還是要裝作你沒有猜到一樣讓你看結(jié)果…

普通的鋼材已經(jīng)冒泡了…新型材料還是比較給力啊~

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這時候就有小朋友不淡定了：啊，這個液態(tài)金屬有半毛錢關(guān)系啊,，我要看流動的金屬~

不要方,，不是說只是個 warm up 了嘛~

下面我們來科學(xué)地說說這個材料~

首先呢，上面兩個實驗中說的新型材料確實是液態(tài)金屬材料,，不過我們還有更專業(yè)一點的稱呼,，叫非晶合金。

那為什么有很多人叫它液態(tài)金屬呢,？它在常溫下表現(xiàn)出和陶瓷相同的硬度,，但是在一定溫度下，他會像橡皮泥那樣柔軟,，像液體那樣流動,。這種新型材料是通過現(xiàn)代快速凝固冶金技術(shù)獲得的,，同時兼有玻璃和金屬兩種材料的優(yōu)異的力學(xué),、化學(xué)和物理性能。一根直徑4毫米粗的液態(tài)金屬絲可以懸吊起3噸的重物，還是目前最強的穿甲材料,。

說到玻璃了，那么趁機在這里介紹下晶態(tài)和非晶態(tài)的區(qū)別吧~

不過我想初中時候老師可能就已經(jīng)講過非晶態(tài)的玻璃是沒有的固定熔點的吧…如果沒有想起來,，那么看看下面的圖…

那么晶態(tài)和非晶態(tài)微觀結(jié)構(gòu)有什么區(qū)別呢,？

左圖是晶態(tài)材料微觀結(jié)構(gòu),，右圖是非晶態(tài)材料的微觀結(jié)構(gòu)。

液態(tài)金屬材料所具有的獨特的力學(xué),、化學(xué)和物理性能是由它的微觀結(jié)構(gòu)決定的,。普通的金屬中的原子排列方式是非常整齊的，就像一個整齊的軍隊,。

而液態(tài)金屬中的原子排列和液體相似,，非常混亂,，就像大街上熙熙攘攘的人群,。這是由于在其制備過程中，保存了或凍結(jié)了其在液體狀態(tài)下的原子排列結(jié)構(gòu),。當高溫金屬熔體以很快的速度凝固的時候,，就可以把它這種無序的結(jié)構(gòu)給凍結(jié)起來。從而避免了原子的有序排列形成晶體,，從而得到這種微觀結(jié)構(gòu)類似于液體的液態(tài)金屬材料,。

正是這種混亂的無序的結(jié)構(gòu)導(dǎo)致了這種材料有非常優(yōu)異的力學(xué)和物理性能。

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說的有點多了嗯…

那么我們來看看這種液態(tài)金屬是如何制備的吧~

首先需要將經(jīng)過精確配比的幾種不同金屬一起快速加熱到熔融狀態(tài),，并使其均勻混合,。然后通過高壓氣體將熔融的金屬液態(tài)快速噴射到以每分鐘上千轉(zhuǎn)的水冷銅輥上這時的冷卻速率可以達到每秒約100萬度。

這種方法制備出的液態(tài)金屬材料是厚度僅有幾百微米的薄帶,，這也是最早制備液態(tài)金屬的方法,。（人頭發(fā)直徑約80微米）

經(jīng)過三十年的努力，在八十年代末終于合成出了一種新型制備液態(tài)金屬材料的方法,，即塊體液態(tài)金屬材料,。

這是實驗人員在操作設(shè)備。

中國科學(xué)家開發(fā)出了一系列新型的液態(tài)金屬新材料體系,，同時又開發(fā)出了很多制備塊體非晶合金的一些設(shè)備,，比如電弧熔煉銅模吸鑄設(shè)備。這種設(shè)備可以把幾種金屬很均勻地熔煉在一起,，然后通過高壓把它吸鑄在一定的模具里面,，這樣可以獲得各種形狀各種尺寸的非晶合金材料。使得液態(tài)金屬材料的制備突破了二維的限制,，可以獲得具有厘米級三維尺寸的材料,。大大拓展了其應(yīng)用領(lǐng)域。

嗯是時候來點進階玩法了,，現(xiàn)在就來點液態(tài)的東西啦~

先準備幾塊液態(tài)金屬塊兒材,，然后把爐子燒到360攝氏度（溫度依據(jù)合金性質(zhì)做調(diào)整）。

然后把塊兒材放到加熱的金屬版上，用有花紋的印章去壓…壓完放進水中冷卻…（古代做刀劍的作坊可是要把金屬燒的通紅,，然后拿錘子敲呀敲呀,，然后放進水中呲的一下淬火…在這實驗中你可見不到那種現(xiàn)象）

輕輕松松刻上幾個字~有人就說了，古代做金幣也是一錘子下去就刻出花紋的呀,，這也沒有省什么力氣嘛,！……不要忘了，這可是硬度甚至高于陶瓷的新型合金呀~黃金呢…拿牙齒都咬的動的…

再來點什么吧~

我認為不需要解釋了…這同樣是加熱幾百度時候的性質(zhì)哦~

一般的金屬材料在成型的時候需要把它熔煉到上千攝氏度的高溫,，然后再澆注到模具里面,。這是一種高能耗、高污染的冶金過程,。而液態(tài)金屬材料可以才遠遠低于常規(guī)的金屬材料鑄造溫度范圍,，比如在幾百攝氏度，甚至在開水這種溫度范圍內(nèi)進行成型和鑄造,。液態(tài)金屬又一個軟化點,，在這個溫度下它可以像橡皮泥一樣進行柔軟的成型，而且其成型精度高成品表面光滑,。

液態(tài)金屬另外一種特性就是其具軟磁特性,，這使得它具有替代我們傳統(tǒng)的硅鋼用于變壓器領(lǐng)域的潛力。據(jù)估算,，用其制成的變壓器可以節(jié)省80%的能量損耗,。如果全國的變壓器都換成液態(tài)金屬材料，每年能節(jié)省430億度電能,。

軟磁材料的定義： 具有低矯頑力和高磁導(dǎo)率的磁性材料,。軟磁材料易于磁化，也易于退磁,，廣泛用于電工設(shè)備和電子設(shè)備中,。

這是變壓器的原理，基于電磁感應(yīng)現(xiàn)象,，通過調(diào)整兩邊的導(dǎo)線數(shù)量進行電壓變換,。但是在這個過程中（電流方向大小持續(xù)改變）鐵芯會出現(xiàn)渦流（一般將鐵芯分為很多薄片并涂以絕緣涂層后疊片，來減小渦流熱能損耗）,，同時還要選用特殊的高磁導(dǎo)率且材料內(nèi)部磁場可以快速且輕松隨著外界磁場變換的材料（這就要求軟磁材料）,，以減少磁滯損耗（磁滯回線已經(jīng)相當于一個熱機的循環(huán)過程曲線了，這個過程是要消耗能量的,，感興趣的同學(xué)可以下去查查磁冰箱）,。

總之，用非晶合金做成的變壓器器件可以節(jié)能~

越來越多的液態(tài)金屬材料產(chǎn)品已經(jīng)出現(xiàn)在市場,，如高爾夫球棒,、網(wǎng)球拍,、山地自行車、潛水裝置,。還可用于制作高檔手表、手機和筆記本電腦的外殼,。因為其所具有的特異性能還被國防和航天等尖端領(lǐng)域多青睞,。未來液態(tài)金屬材料可能在3D快速打印技術(shù)、生物醫(yī)用材料以及高精尖武器,、清潔能源生產(chǎn)等領(lǐng)域有非常重要的應(yīng)用前景,，有可能引發(fā)新的材料革命。除此之外這種新型材料還有很多奧秘等待我們?nèi)ヌ剿鳌?/p>

……最后還是老套路啊,，請大家看視頻~