液态金属？给你看看我们在做的东西~ | 线上科学日 第4弹
相信很多同学们都看过电影终结者5吧~里面李秉宪扮演的T-1000还记得不？
T-1000可是该部电影里面最难搞定的机器人之一，他那可以自由变换形状的身体到底是什么东东做的呢？
嗯，没错，今天要 show 给大家的就是液态金属~
那么，从严格的物理角度来讲什么是液态金属呢？
液态金属呢，是一种新材料，具有非常特殊的物理化学性质…我们物理所极端条件实验室就有一个具有雄厚实力的研究团队在进行相关研究…
…干嘛上来就要那么严肃地探讨学术问题…来两个小实验让大家 warm up 一下好吧~
我们取了两根一样长的玻璃管，在两个玻璃管的里面的底部分别放置了两种不同的金属材料，A是普通的钢，B是我们今天要重点介绍的新型材料（不要问我为什么不是液态的啊~终结者里面的T-1000也不总是在地上流呀流的…）
将两个相同材质相同大小的小金属球分别放置在两个玻璃管的正上方入口…
将要发生什么呢？
我们看到B玻璃管中的小球弹得比A玻璃管中小球高多了~
第一个实验就结束了…
还是老套路，上来先分组。
A组的是新型材料…B组是普通钢材…
然后把这两种材料分别放进这两瓶弱酸溶液中…结果可能你已经猜到了，但是我还是要装作你没有猜到一样让你看结果…
普通的钢材已经冒泡了…新型材料还是比较给力啊~
这时候就有小朋友不淡定了：啊，这个液态金属有半毛钱关系啊，我要看流动的金属~
不要方，不是说只是个 warm up 了嘛~
下面我们来科学地说说这个材料~
首先呢，上面两个实验中说的新型材料确实是液态金属材料，不过我们还有更专业一点的称呼，叫非晶合金。
那为什么有很多人叫它液态金属呢？它在常温下表现出和陶瓷相同的硬度，但是在一定温度下，他会像橡皮泥那样柔软，像液体那样流动。这种新型材料是通过现代快速凝固冶金技术获得的，同时兼有玻璃和金属两种材料的优异的力学、化学和物理性能。一根直径4毫米粗的液态金属丝可以悬吊起3吨的重物，还是目前最强的穿甲材料。
说到玻璃了，那么趁机在这里介绍下晶态和非晶态的区别吧~
不过我想初中时候老师可能就已经讲过非晶态的玻璃是没有的固定熔点的吧…如果没有想起来，那么看看下面的图…
左图是晶态材料微观结构，右图是非晶态材料的微观结构。
液态金属材料所具有的独特的力学、化学和物理性能是由它的微观结构决定的。普通的金属中的原子排列方式是非常整齐的，就像一个整齐的军队。
而液态金属中的原子排列和液体相似，非常混乱，就像大街上熙熙攘攘的人群。这是由于在其制备过程中，保存了或冻结了其在液体状态下的原子排列结构。当高温金属熔体以很快的速度凝固的时候，就可以把它这种无序的结构给冻结起来。从而避免了原子的有序排列形成晶体，从而得到这种微观结构类似于液体的液态金属材料。
正是这种混乱的无序的结构导致了这种材料有非常优异的力学和物理性能。
说的有点多了嗯…
那么我们来看看这种液态金属是如何制备的吧~
首先需要将经过精确配比的几种不同金属一起快速加热到熔融状态，并使其均匀混合。然后通过高压气体将熔融的金属液态快速喷射到以每分钟上千转的水冷铜辊上这时的冷却速率可以达到每秒约100万度。
这种方法制备出的液态金属材料是厚度仅有几百微米的薄带，这也是最早制备液态金属的方法。（人头发直径约80微米）
经过三十年的努力，在八十年代末终于合成出了一种新型制备液态金属材料的方法，即块体液态金属材料。
这是实验人员在操作设备。
中国科学家开发出了一系列新型的液态金属新材料体系，同时又开发出了很多制备块体非晶合金的一些设备，比如电弧熔炼铜模吸铸设备。这种设备可以把几种金属很均匀地熔炼在一起，然后通过高压把它吸铸在一定的模具里面，这样可以获得各种形状各种尺寸的非晶合金材料。使得液态金属材料的制备突破了二维的限制，可以获得具有厘米级三维尺寸的材料。大大拓展了其应用领域。
嗯是时候来点进阶玩法了，现在就来点液态的东西啦~
先准备几块液态金属块儿材，然后把炉子烧到360摄氏度（温度依据合金性质做调整）。
然后把块儿材放到加热的金属版上，用有花纹的印章去压…压完放进水中冷却…（古代做刀剑的作坊可是要把金属烧的通红，然后拿锤子敲呀敲呀，然后放进水中呲的一下淬火…在这实验中你可见不到那种现象）
轻轻松松刻上几个字~有人就说了，古代做金币也是一锤子下去就刻出花纹的呀，这也没有省什么力气嘛！……不要忘了，这可是硬度甚至高于陶瓷的新型合金呀~黄金呢…拿牙齿都咬的动的…
再来点什么吧~
一般的金属材料在成型的时候需要把它熔炼到上千摄氏度的高温，然后再浇注到模具里面。这是一种高能耗、高污染的冶金过程。而液态金属材料可以才远远低于常规的金属材料铸造温度范围，比如在几百摄氏度，甚至在开水这种温度范围内进行成型和铸造。液态金属又一个软化点，在这个温度下它可以像橡皮泥一样进行柔软的成型，而且其成型精度高成品表面光滑。
液态金属另外一种特性就是其具软磁特性，这使得它具有替代我们传统的硅钢用于变压器领域的潜力。据估算，用其制成的变压器可以节省80%的能量损耗。如果全国的变压器都换成液态金属材料，每年能节省430亿度电能。
软磁材料的定义： 具有低矫顽力和高磁导率的磁性材料。软磁材料易于磁化，也易于退磁，广泛用于电工设备和电子设备中。
这是变压器的原理，基于电磁感应现象，通过调整两边的导线数量进行电压变换。但是在这个过程中（电流方向大小持续改变）铁芯会出现涡流（一般将铁芯分为很多薄片并涂以绝缘涂层后叠片，来减小涡流热能损耗），同时还要选用特殊的高磁导率且材料内部磁场可以快速且轻松随着外界磁场变换的材料（这就要求软磁材料），以减少磁滞损耗（磁滞回线已经相当于一个热机的循环过程曲线了，这个过程是要消耗能量的，感兴趣的同学可以下去查查磁冰箱）。
总之，用非晶合金做成的变压器器件可以节能~
越来越多的液态金属材料产品已经出现在市场，如高尔夫球棒、网球拍、山地自行车、潜水装置。还可用于制作高档手表、手机和笔记本电脑的外壳。因为其所具有的特异性能还被国防和航天等尖端领域多青睐。未来液态金属材料可能在3D快速打印技术、生物医用材料以及高精尖武器、清洁能源生产等领域有非常重要的应用前景，有可能引发新的材料革命。除此之外这种新型材料还有很多奥秘等待我们去探索。
……最后还是老套路啊，请大家看视频~
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