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这个央视科普片竟曝光了终结者中的一些“小秘密”

中科院物理所  · 公众号  · 物理  · 2017-02-23 10:06

正文





在电影《终结者》中,这种产自“赛博坦星球”的液态金属材料做成的机器人可随意改变形态。


这些液化变性的材料就是我们今天所讲的液态金属,液态金属的称呼其实有点噱头的成分在里面。因为液态金属这个概念在资本市场很火热,君不见A股液态金属概念火过几次。



而且最近手机界也热炒这个概念········



言归正传,液态金属的学名应该称为非晶态合金,也叫做金属玻璃。顾名思义,非晶态合金是原子排布不规则的固态金属合金。


不少物质处在固态时都以晶体形式存在,即原子规则排布,而且固态金属更是绝大部分以晶体形式存在,但是很早人们产生了一个想法:能否得到原子排布不规则的固态金属?


上世纪60年代,美国科学家Duwez教授采用喷枪技术(其制取工艺是将熔融的母合金以大于每秒一百万度的冷却速度快速凝固而成)将Au75Si25熔体快速冷却,第一次制备出非晶合金。因此此,Duwez被认为是非晶合金领域的奠基人。


在这么高的凝固冷却速率下,金属原子在凝固过程中来不及像常规金属材料那样有序排列,从而把金属熔融液态的结构保持下来(这也是“液态金属”这个噱头得以存在的原因),形成了长程无序的非结晶状态,因而称之为非晶合金其制备过程、结构特征以及很多特性如很强的塑形能力,和传统的玻璃一样,因此又称金属玻璃。


非晶态合金几个主要特点:


流动性


之所以加引号是因为非晶态合金在常态下不是液态,但是其熔点较低,用热水加热就能熔化,相比其他金属更容易利用模具进行精确加工成型。而且非晶态合金的出现完美地解决采用传统材料很难做出一定形状的微型元件的难题。非晶态合金这一独特性能给“3D金属打印”提供了巨大的想象空间。


高弹性


传统的晶体材料虽然原子排布有序,但是实际制备的材料有各种缺陷。实际制备的金属材料弹性比纯金属的理论弹性要差很多。


非晶合金,由于其本身原子排布无序,这就导致非晶合金的弹性更接近于纯金属,比普通的晶态金属材料高很多。在后面的科教片视频中的“弹球实验”,我们就可以很容易地得出这个结论。利用非晶合金高弹性的这个优点,人们将其制成了高尔夫球杆。


高强度和金属光泽


非晶态合金本身具有的金属特性使得他的强度比一般塑料材料高很多,不用担心断裂和划痕,这些特性使得非晶合金成为一种理想的外壳材料,在手机市场热度逐渐升高。


耐腐蚀


因为非晶态合金没有晶态金属材料中的原子排布缺陷, 导致其耐腐蚀性大大增强,可以将非晶合金附着于需要进行耐腐蚀处理的材料,如油管内壁、海上钻井平台支撑材料和舰船的外表面等。


低电磁损耗


非晶态合金一般具有软磁性特点,用非晶态合金制成的铁芯损耗极低,如果全国变压器都使用非晶态合金铁芯做成的变压器,每年会节省90亿千瓦小时的电量。


人们对于非晶合金仍然存在着很多的未知。诺贝尔物理学奖获得者安德森教授将理解非晶合金的形成与性质列为待解决的100个凝聚态物理重大难题。



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内个题目不是说有个“曝光XXX”的央视科普片嘛?什么情况?(黑人·问号)厉害的来了!下面是中央电视台科教频道与"非晶中国"合作制作非晶材料科普专题《变形金属》科教片,在央视CCTV10套《科技之光》栏目中播出



央视CCTV10套《科技之光》之《变形金属


其中很多实验场景是在中科院物理所拍摄的,中科院物理所汪卫华院士、上海大学材料研究所非晶合成研究组王刚教授也进行了精彩地评述。


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汪卫华院士专访:非晶合金材料的应用和发展

在接受采访过程中,汪院士展示非晶合金样品


日前,材料人网联合非晶中国前往中科院物理所专访汪卫华院士。汪卫华院士现为中科院物理所研究员,长期从事非晶合金的基础和应用方面的研究。以下是根据采访内容整理的文字版。


材料人:您是如何走上研究非晶合金这一条路的?


汪院士:87年从安徽师范物理专业毕业后,我来中科院固体物理研究所读研。当时的导师向我介绍固体物理领域主要是研究晶态物质的,而非晶态物质和物理是一个新的领域和方向。所以就选择了非晶材料和物理这个研究方向。物理所是非晶态物理和材料研究水平高的单位,硕士毕业后就考取中科院物理所, 继续攻读非晶态物理和材料方向的博士学位。之后,一直从事非晶态物理和材料方面的研究工作。


材料人:您目前具体在研究非晶合金领域哪些问题?


汪院士:目前研究非晶合金两方面的工作。一个是非晶合金功能材料。目前国内外研究比较多的是非晶合金的力学性能、机械性能。而我更关注功能方面的特性和应用。例如非晶合金的催化性能。 如最近, 我们发现Pd基非晶合金作为一种催化剂,应用在电解水制备氢气上,比目前使用的铂催化剂效率更高。另一个研究方向是非晶在低维的性能和特征。


材料人:您对非晶合金的应用有什么看法?


汪院士:非晶合金应用在航天、航空等重要领域首先取得突破。 非晶研究应该充分利用目前科学领域最先进的理念(如材料基因组理念)和手段(如同步辐射)。


材料人:您拍过非晶合金科普视频,写过一些非晶合金科普文章,您对非晶合金科普有兴趣的原因是?


汪院士:一个学科的发展,需要吸引一批又一批的优秀的年轻人的加入。如何吸引年轻人加入?科普是一个重要的手段。


另外,现在专业分得很细,隔行如隔山。我们也需要让非晶合金的新成果为不同领域的人了解,促进学科交叉。科普也可以让一些企业家了解这个新材料,促进非晶材料在不同方面的应用。


材料人:您热心于科普,有没有考虑出版科普专著?


汪院士:希望能出版科普化的非晶合金专著。正在努力中。


(以上采访为材料牛编辑整理)

》》点此可以查看采访原文


本文由胡文启编辑整理

编辑:HWQ


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