液態金屬和簡單的非金屬液體有許多共同點,60年代以來對它研究較多。但至今人們對它的結構細節仍不清楚。液態金屬可看作由正離子流體和自由電子氣組成的混合物。
液態金屬材料
蘋果和三星計劃在下一代手機中采用新型材料,三星的Galaxy S3將采用陶瓷,而蘋果的下一代智能手機則會采用液態金屬。蘋果在2010年8月份就購買了液態金屬的獨家使用權,雖然蘋果在這種新型材料上花費很多精力,但是到現在只有iPhone的取卡針是采用的這種材料。
報道還稱,新一代iPhone將在6月的WWDC大會上發布,這次蘋果是否會采用新的材料很值得期待,未來的蘋果手機會不會繼續扮演時代弄潮兒的角色,我們拭目以待!
液態金屬介紹
和簡單的非金屬液體有許多共同點,60年代以來對它研究較多。但至今人們對它的結構細節仍不清楚。熔融金屬的X射線或中子散射可得其徑向分布函數g(r)(見非晶態材料的結構模型),它在平均意義上描述熔體結構。當r<σ(σ為原子有效直徑,圖1),g(r)=0,說明原子似硬球,不能互相貫穿, r大于2~3nm時,原子完全無規排列,g(r)→1。原子周圍最近鄰的原子數叫配位數Z,
其中ρ0是熔體粒子數密度。絕大多數金屬熔化時體積約增大5%,原子序數Z減小,金屬鍵不變。少數“反常金屬”(如Ga、Ge、Bi、Sb等)熔化時體積約收縮5%,Z增加,共價鍵部分地變為金屬鍵。各種金屬熔化后結構趨于相近,Z在9~12左右。熔體的Z和r1隨溫度上升而稍改變,但g(r)基本特點不變。
液態金屬可看作由正離子流體和自由電子氣組成的混合物。自由電子受到“贗原子”(它由正離子和起屏蔽作用的自由電子云組成)的很弱的勢作用。兩個正離子間,除了直接的靜電排斥勢外,還有一種間接的通過自由電子氣而相互作用的勢,上述兩種勢的疊加稱為原子-原子的有效勢φ(r)。理論分析指出:φ(r)在長程內有振蕩(圖2)。人們已建立聯系φ(r)和g(r)的積分方程,可以從 φ(r)求解g(r),或從 g(r)求期φ(r)。用“硬球模型”可很好地闡明液態金屬的結構和某些熱力學性質。倘若取φ(r)為“硬球勢”,并配以合適的硬球直徑,同樣能得到與實驗一致的g(r)。通過傅里葉變換由衍射強度求得的g(r)總有一定誤差,人們至今不能肯定或否定熔體φ(r)振蕩的存在。
金屬熔化后比熱容稍增加,其熔體自擴散系數是晶態的105倍,這些說明熔體原子作微振動,而振動中心在熔體內可流動。由熔體中子非彈性散射(見中子衍射)可得動力學信息:測定熔體(如熔融錫或鉛)非彈性相干截面可研究粒子的集體運動。實驗指出,在遠低于臨界點的溫度范圍內,熔體存在某種類似聲子的元激發,熔體可作橫波振動。
金屬熔體劇冷到低于某個玻璃態轉變溫度Tg時可能變成金屬玻璃。通常把粘滯系數超過 1013泊的過冷熔體叫做金屬玻璃。金屬難于過熱到熔點以上。金屬熔化至今沒有完好的理論。
金屬熔化后其電陰率、熱導率、溫差電勢率等略有改變,但數量級與晶態的相同。熔化前后電陰率比ρ

/ρ

約為2,熱導率比λ


/λ
在1~2之間。熔融金屬仍是良導電、導熱體。在核反應工程中常用液態金屬作載熱體。絕大多數金屬熔化時霍耳系數R近乎不變。熔體ρ與溫度近似無關,可以用自由電子模型處理。金屬磁化率ⅹ由離子xe和自由電子xe組成。金屬熔化后離子抗磁性基本不變(“反常”金屬除外),磁化率增量
,測量 Δx可研究金屬熔化時電子狀態的改變。不同金屬熔化后其電、磁、光等性質趨于相近。
人們開始研究液態金屬電子結構,特別對過渡元素、稀土元素及其合金熔體所知甚少。例如:在壓力下加熱熔體時可使它(如Fe、Ni、Ce等)變成液態半導體。某些二元合金(如Cs和Au)在一定濃度下自由電子不能導電。些都是液態金屬物理中的前沿問題。