Loading...
شما از نسخه قدیمی این مرورگر استفاده میکنید. این نسخه دارای مشکلات امنیتی بسیاری است و نمی تواند تمامی ویژگی های این وبسایت و دیگر وبسایت ها را به خوبی نمایش دهد.
جهت دریافت اطلاعات بیشتر در زمینه به روز رسانی مرورگر اینجا کلیک کنید.

نام کاربری:
کلمه عبور:


عضویت در سایت

بازیابی رمز عبور

برآورد قیمت کیلوگرم و تومان می باشد.

شما در حال مشاهده ی قیمتهای هفته ی گذشته هستید
با عضویت در سایت قیمت های روز را مشاهده کنید












فلزات مایع در دمای اتاق

فلزات مایع در دمای اتاق

فلزهای مایع 

تحقیقات و پژوهشهای جدید و نو ظهور از آلیاژهای مبتنی بر گالیوم برای خواص منحصر به فرد خود استفاده می کنند به نحوی که عبارت "فلز مایع" دارای معنی ومفهوم منفی می باشد، حتی تداعی تصاویری از کلاهبرداران دیوانه و شرور تهدیدآمیز فیلم ترمیناتور2 را دارد.
گالیم دارای نقطه ذوب نزدیک دمای اتاق است و سهمی در سمیت Hg ندارد. هنگامی که Ga در سال 1875 کشف شد، Hg بیش از 1000 سال شناخته شده بود و در دماسنج ها، واکنش های الکتروشیمیایی و پر کردن دندان مورد استفاده قرار می گرفت. اما از آنجا که Ga به آسانی با اکسیژن واکنش می دهد و یک پوسته اکسید نازک در سطح آن ایجاد می کند، نمی تواند به راحتی Hg سمی را جایگزین کند.فلزات نجیب مانند پلاتین و طلا نمونه های کمیابی هستند که به آسانی اکسید نمی شوند ولی Ga فورا اکسید می شود - احتمالاً در عرض میکرو ثانیه در هوا - مانند آلومینیوم .
دندانپزشکان سالهاست برای پر کردن حفره ها با آمالگام از آن استفاده می کنند.طی دهه گذشته ، Ga و آلیاژهای مایع آن دوباره مورد توجه قرار گرفته اند و محققان در حال بررسی خواص جالب آنها هستند. به بیان ساده، Ga راه حلی است که به دنبال مشکلات مناسب است.

جالب ترین عنصر؟

دمای ذوب این ماده 30 درجه سانتی گراد است به قدری پایین است که اگر آن را در دست بگیرید ذوب می شود. این درجه حرارت را می توان با افزودن فلزات دیگر مانند ایندیوم یا قلع بیشتر کاهش داد. از نظر مفهومی، نقطه ذوب و انجماد مواد باید یکسان باشد. بنابراین می توان انتظار داشت که Ga و آلیاژهای آن در یک روز سرد یخ بزنند. با این حال مایعات تمایل به خنک شدن فوق العاده دارند ، به این معنی که در دمای بسیار پایین تر از نقطه ذوب خود منجمد می شوند. در نتیجه، هنگامی که ذوب شد ، Ga و بسیاری از آلیاژهای آن در دمای اتاق یا زیر آن مایع می مانند.
Ga مانند آب وقتی منجمد می شود حجمش زیاد می شود و در حالت مایع رسانای الکتریکی بیشتری می شود ، که برای فلزات نیز غیر معمول است.
همچنین Ga دارای ویسکوزیته فله کم در حدود دو برابر آب است. و با 500 mN/m ، کشش سطحی Ga بزرگترین مایع در دمای اتاق است.
نکته مهم این است که Ga سمیت کمی دارد. نمک های آن توسط سازمان غذا و داروی ایالات متحده برای استفاده انسان در مواردی مانند تصویربرداری با کنتراست MRI تأیید شده است.
این ماده هرچند در زمین فراوان است، اما استخراج آن به تنهایی دشوار است. در عوض، به عنوان ناخالصی در آلومینا - پیش ساز آلومینیوم - یافت می شود که با وجود فراوانی آن، آن را گران می کند.

چاپ و الگو سازی

مهمترین ویژگی این مواد یک پوست اکسیدی در سطح آن است که ضخامت لایه اکسید چند نانومتر است. برای درک این مطلب، قطر موی انسان حدود 30000 برابر ضخیم تر است.
فلزات مایع بر اساس گالیم به اشکال غیر کروی مانند سیم ها ، که به دلیل یک لایه اکسید بسیار نازک در سطح آنها پایدار می مانند ، می توان طرح ریزی کرد. در اینجا ، قطرات فلز مایع به صورت سه بعدی در ساختارهای مختلف چاپ شده اند. قطرات این قطرات حدود 200 میکرومتر، تقریباً دو برابر قطر موی انسان هستند. ساختارشان بسیار نرم هستند، که برای رساناهای نرم و کشسان کاربرد زیادی دارند.
فلزات مایع را می توان به گونه ای چاپ و الگو برداری کرد که به سادگی با فلزات جامد معمولی این امر امکان پذیر نیست. لایه اکسید با وجود نازک بودن، باعث ثبات ساختارهای حاصل می شوند.
همچنین از فلز مایع در چاپ سه بعدی که یک تکنیک رایج برای ایجاد سازه ها می باشد، استفاده می شود. اکثر چاپگرهای سه بعدی تجاری از پلیمرها استفاده می کنند، اگرچه قابلیت استفاده از ساختارهای پلیمری حاصل می تواند از طریق چاپ چند ماده افزایش یابد. توانایی چاپ فلزات مایع در دمای اتاق فریبنده است زیرا این فلز را می توان با پلاستیک، الاستومر و سایر مواد حساس به دما در ساختارها ترکیب کرد.
اکسید سطحی که روی فلزات مایع شکل می گیرد باعث می شود که مواد به اکثر سطوح بچسبند، این ویژگی برای حفظ شکل چاپ شده لازم وضروریست. در غیاب اکسید، دانه های فلزی به شکل کروی در می آیند و انرژی سطح را به حداقل می رسانند. با این حال، چند سطح وجود دارد که مایع Ga می تواند بدون لایه اکسید خود به آنها بچسبد.

فلز نرم و کشش پذیر

قرار گرفتن فلز مایع در داخل یک لوله لاستیکی باعث تولید یک سیم می شود که می تواند رسانایی فلزی را در حالی که مانند یک تکه لاستیک کشیده شده است حفظ کند. این ویژگی برای ایجاد وسایل الکترونیکی نرم و قابل کشش مفید است. افزودن رساناهای جامد مانند ذرات فلزی یا کربنی به لاستیک، رسانایی آن را افزایش می دهد، اما خواص مکانیکی آن را تغییر می دهد. ولی فلزات مایع خواص مکانیکی لاستیک را تغییر نمی دهند. از این ویژگی مهم این مواد، برای ایجاد سیم هایی استفاده می شود که می توانند تا 10 برابر طول اولیه خود کشیده شوند در حالی که رسانایی فلزی خود را حفظ می کنند. سیمهای ساخته شده از فلز مایع، بهترین رسانایی فلز و خواص مکانیکی لاستیک را دارند.
فلز مایع همچنین می تواند مدارهایی ایجاد کنند که پس از برش خود به خود برطرف می شوند. این فلز با سطح برش یکنواخت باقی می ماند زیرا هنگامی که در معرض هوا قرار می گیرد یک لایه اکسید تشکیل می دهد و در صورت تماس سطوح رابط ادغام می شوند. قرار دادن فلز در یک پوسته عایق از پلیمر خود ترمیم کننده به مدار اجازه می دهد تا به طور مکانیکی بهبود یابد.
همچنین برای ایجاد اتصالات الکتریکی قابل کشش بین تراشه های کوچک و سفت و سخت تعبیه شده در الاستومر نیز استفاده می شود. به طور کلی دستگاه های نرم از پیچیدگی و قابلیت های میکروالکترونیک استفاده می کنند و عملکرد را در حین کشش حفظ می کنند. بنابراین فلز مایع نوید پیشرفت فناوری مانند وسایل الکترونیکی پوشیدنی، دستگاه های قابل نصب روی پوست و حسگرهای نرم را می دهد.
هادی های این مواد طوری طراحی می شوند که در صورت آسیب دیدگی خود را ترمیم کنند و هنگامی که سیم مایع فلزی بریده می شود، به سرعت یک پوسته اکسیدی ایجاد می کند که از نشت مواد به خارج از مدار جلوگیری می کند. هنگامی که انتهای سیم شکسته به هم وصل می شوند، واسط های نمایان شده ادغام می شوند-اکسید نازک در هر طرف می شکند و مایع دوباره متصل می شود-تا اتصال الکتریکی دوباره شکل گیرد. اگر سیمهای فلزی در یک پوسته پلیمری مخصوص خود ترمیم قرار گرفته باشند، کل مدار در صورت تماس با یکدیگر بهبود می یابد.
سیمهای سنتی ، مانند سیمهای ساخته شده از مس، هنگام لمس می توانند حرکت کرده و خم شوند اما شکل هندسی خود را تغییر ندهند. از طرف دیگر رساناهای فلزی مایع می توانند هندسه خود را در پاسخ به تغییر شکل تغییر دهند. چنین تغییراتی بسته به طراحی می تواند ظرفیت یا مقاومت دستگاه را تغییر دهد و می تواند برای تشخیص لمس، کرنش و سایر حالتهای تغییر شکل استفاده شود. آنتن های ساخته شده از فلز مایع می توانند فرکانس رزونانس خود را در پاسخ به کرنش تغییر دهند.
اخیراً، دانش آموزان گروه تحقیقاتی من از مدارهای لمسی برای ایجاد مواد نرم استفاده کردند که عملیات منطقی ساده را بدون استفاده از ترانزیستورهای معمولی انجام می داد.

مدولاسیون کشش سطحی

اگردماسنج Hg شکسته شود، قطرات کروی ناشی از آن دیده می شوند. این قطرات به این دلیل تشکیل می شوند که فلزات مایع در غیاب اکسیدهای بومی کشش سطحی زیادی دارند. در حقیقت، بدون لایه اکسید سطحی، Ga دارای کشش سطحی حتی بیشتر از Hg است. یک اکسید بومی را می توان با اسید یا باز حذف کرد، اما این مایعات خورنده هستند. در اصل، می توان از لایه اکسید با کار در محیطی بدون اکسیژن جلوگیری کرد، اما در واقع اجتناب از اکسیژن دشوار است.
گروه تحقیقاتی من پدیده جالبی کشف کردند که با استفاده از پتانسیل مثبت مثلاً 1+ ولت بر قطره مایع Ga در محلول اساسی 1 مولد هیدروکسید سدیم رخ می دهد: قطره به فراکتال ها گسترش می یابد، دانه های برف می توانند فرکتال هایی از بلورهای یخ تشکیل دهند، اما وقتی ذوب می شوند، به دلیل کشش سطحی به صورت قطره ای آب در می آیند. پس چگونه می توان با مایعی که کشش آن تقریباً 10 برابر آب است، یک فراکتال تشکیل داد.
استفاده از یک پتانسیل مثبت باعث ایجاد اکسید سطحی شده و لایه اکسید پوسته ای روی سطح فلز ایجاد کرده و جریان آن را محدود می کند. متوجه شدیم که در زمان اکسیداسیون الکتروشیمیایی، قطرات طوری رفتار می کنند که گویی کشش سطحی آنها بسیار کم است. با کاهش قابل ملاحظه کشش از طریق اکسیداسیون الکتروشیمیایی، گرانش به طور معمول افت کروی را مسطح می کند و شیب های کوچک در کشش سطحی باعث جریانهایی می شود که به الگوهای فراکتال غیر معمول کمک می کند.

راکتورهای فلز مایع

یک کشف اخیر و جالب نشان می دهد که لایه نازک اکسید ایجاد شده بر روی فلز مایع را می توان با لایه برداری از بین برد.
گونه های اکسید زمانی ایجاد می شوند که فلز مایع با هوا واکنش نشان داده به صورت: الف) این گونه ها را می توان با لایه برداری به سطوح دیگر منتقل کرد. این فرایند یک راه ساده برای ایجاد فیلم های اکسید فوق نازک در دمای اتاق ارائه می دهد. (ب) افزودن مقادیر کم دوپانتیو واکنشی به گالیم مایع می تواند سطح را از اکسید بومی Ga2O3 به گونه ای شیمیایی متفاوت تبدیل كند.پس از رسوب گذاری، لایه های اکسید می توانند از نظر شیمیایی به گونه های دیگر تبدیل شوند - به عنوان مثال ، اکسید گالیم می تواند به سولفید گالیم تبدیل شود. راه دیگر برای تغییر ترکیب اکسید سطحی، استفاده از قطرات مایع Ga با مقادیر کمی از فلزات دیگر قبل از لایه برداری است. اگر تشکیل اکسید فلز چسبنده از نظر انرژی مطلوب تر باشد، ترجیحاً نسبت به Ga2O3 شکل می گیرد.
توانایی تغییر شیمی سطح فلز مایع ممکن است برای کاتالیز یا الکتروشیمی مفید باشد. به عنوان مثال، آزمایشات اخیر نشان می دهد که مقادیر کمی از مواد اضافه شده به Ga به طور طبیعی به سطح مایع جدا می شود و انرژی مورد نیاز برای کاهش دی اکسید کربن را به گونه های کربنی جامد کاهش می دهد که مانع از کک شدن آنها، یا تجمع روی قطرات و مسدود کردن محل های واکنش می شود. بهبود کارایی کاهش CO2 با توجه به تأثیر آن به عنوان گازهای گلخانه ای از اهمیت زیادی برخوردار است. نانوذرات فلز مایع نیز اخیراً نشان داده اند که شروع به پلیمریزاسیون می کنند، یعنی باعث واکنش مولکولهای مونومر و تشکیل پلیمرها می شوند.

قطرات و کامپوزیت ها

می توان این مواد را در ماتریس های پلیمری مخلوط کرد تا کامپوزیت هایی با خواص جدید یا تقویت شده ایجاد شود. به عنوان مثال ، سازندگان تایر با افزودن ذرات کربن، لاستیک ها را سفت می کنند. با این حال، همان ذرات جامد می توانند کشسانی الاستومرها را کاهش دهند. در مقابل، ذرات مایع فلزی به دلیل مایع بودن ذرات، تأثیر حداقلی بر قابلیت توسعه لاستیک دارند.
ذرات پایدار فلزات مایع را می توان به سادگی با هم زدن فلز در حضور مایع دیگر تشکیل داد. الف) مخلوط کردن فلز مایع (eutectic gallium indium ؛ EGaIn) با سیلیکون (polydimethylsiloxane ؛ PDMS) با پخت سیلیکون یک کامپوزیت نرم ایجاد می کند. افزودن ذرات جامد به لاستیک معمولاً باعث سفت شدن آن می شود، اما با ذرات مایع، کامپوزیت نرم می ماند. (ب) ذرات مایع را می توان با فشار دادن آنها به صورت مکانیکی و به آسانی متخلخل کرد. به همین ترتیب، فشار یا فشرده سازی کامپوزیت های حاوی فلزات مایع می تواند به دلیل تغییرات هندسی ذرات درون الاستومر، منجر به خواص غیر معمول پیزو شود آنهایی که هنگام فشردن مواد تغییر می کنند.
باتوجه به میزان و اندازه ذرات، ذرات فلز مایع می توانند تأثیرات ناچیز بر مکانیک الاستومر داشته باشند و جالب اینجاست که افزودن فلز مایع می تواند استحکام پارگی الاستومر را با کدر کردن ترک ها افزایش دهد، جایی که تنش متمرکز شده و منجر به شکست می شود. در نظر بگیرید اگر پارچه را ابتدا با قیچی تکه تکه کنید، پارگی آن بسیار ساده تر است.
افزودن ذرات فلز مایع به الاستومرها می تواند رسانایی کامپوزیت حاصل را افزایش دهد. کشش کامپوزیت های لاستیکی پر از ذرات جامد مانند پوسته های نقره باعث جدا شدن ذرات شده و در نتیجه مقاومت حرارتی و الکتریکی مواد را افزایش می دهد. در مقابل، افزایش طول لاستیک با ذرات فلز مایع باعث طولانی شدن ذرات می شود. انتقال از کره ها به بیضی شکل باعث ایجاد هدایت حرارتی ناهمسانگرد می شود، یعنی توانایی هدایت گرما در جهت کرنش افزایش می یابد.
مطالعات اخیر نشان می دهد که افزودن ذرات مغناطیسی مانند آهن به کامپوزیت های مایع و فلز می تواند منجر به پیزو رسانایی شود، به این معنی که وقتی مواد تحت فشار قرار می گیرند، رسانا تر می شوند. در عوض اکثر کامپوزیت ها دارای مقاومت پیزو می باشند. علاوه بر این، کامپوزیت های بارگیری شده با ذرات مایع-فلز می توانند هنگام برش خود به خود التیام الکتریکی پیدا کنند زیرا ذرات فلزی در سراسر منطقه آسیب دیده لکه می کنند.
ذرات فلز مایع تشکیل شده در محیط مایع می توانند دارای قطرهایی با مقیاس های طولی از ده ها نانومتر تا صدها میکرون باشند. فراصوت - تحریک با ارتعاشات مافوق صوت - می تواند فلز را به قطرات کوچکتری تبدیل کند که می تواند توسط یک لایه اکسید یا پلیمرهای پیوند شده به سطح تثبیت شود. کاربردهای فراوانی برای چنین ذراتی در فناوری نانو شامل ذرات خودران ، انواع جدید رفتار فازها، تحویل دارو، کاتالیز و اپتیک است.

شهرت فلز مایع

این مواد، به دلیل نقطه ذوب پایین، فشار بخار ناچیز، کشش سطحی بالا، ویسکوزیته کم و خواص فلزی یکی از جالب ترین عناصر جدول تناوبی است. از نظر تاریخی واکنش پذیری آن به عنوان یک مانع در نظر گرفته شده است، زیرا فلز مایع به سرعت یک اکسید سطحی نازک را تشکیل می دهد که مانع کاربردهای خاصی می شود.
با این حال، در شرایط مناسب، هم اکسید و هم واکنش پذیری سطحی می تواند مفید باشد. پوست اکسیدی که روی این مواد شکل می گیرد، مونتاژ رساناهای نرم و کششی را امکان پذیر می کند که می توانند رسانایی فلزی را در سطوح بی سابقه فشار حفظ کنند. همچنین چاپ سه بعدی و سایر روشهای الگوسازی را که با فلزات جامد غیرممکن است، فعال می کند و قطرات داخل مواد کامپوزیت را تثبیت می کند تا خواص حرارتی، الکتریکی و مکانیکی منحصر به فردی ایجاد کند. علاوه بر این، Ga مایع به واکنش های الکتروشیمیایی اجازه می دهد که کشش سطحی مواد را به طور چشمگیری کم کند. این فلز را می توان به عنوان راکتور استفاده کرد که ورقه های نازک اکسید را ریخته و گونه های واکنشی را روی سطح خود نشان می دهد.

لطفاً برای ارسال نظر ابتدا وارد حساب کاربری خود بشوید
اگر تاکنون ثبت نام نکرده اید ، روی این لینک کلیک کنید