Невероятно: необычный металлический сплав перешел из твердого состояния в жидкое и обратно

Фото: Getty Images

Согласно исследованию, опубликованному в журнале Advanced Science, ученые наблюдали за особым металлическим сплавом галлия и меди, который переходит из жидкого состояния в твердое и обратно. Такого авторы исследования не ожидали увидеть, ведь подобный фазовый переход считается необычным, хотя и может происходить при кристаллизации галлия в твердое состояние, пишет Popular Mechanics.

Несмотря на то, что ученые уже давно занимаются изучением свойств металлов и их сплавов, до сих они не очень хорошо понимают, что происходит с металлами, когда они переходят в твердое состояние из жидкого. По слова авторов исследования, во многом это связано с непрозрачностью расплавленных металлов для большинства оптических средств наблюдения.

Но достаточно хорошо исследовать поведение металлов можно с помощью сильного рентгеновского излучения. Хотя эти данные требуют усредненной оценки за длительный период и не отражают кристаллизацию в реальном времени. То есть это все равно, что делать отдельно снимок жидкой лужи и замерзшей лучи, вместо того, чтобы показать образование кристаллов льда в воде. Поэтому ученые нашли лучший способ наблюдать за превращением металлов в разные фазовые состояния.

Для проведения нового эксперимента был выбран галлий, необычный металл, который плавится при температуре примерно 30 градусов Цельсия. Этот металл смешали с медью, чтобы создать двойной сплав, в котором частицы меди с гораздо более высокой температурой плавления распределены равномерно по всему расплавленному галлию. В результате получился интерметаллический коллоид, который представляет собой полную суспензию одного металла в другом.

Интерметаллиды, когда становятся твердыми, образуют аккуратные кристаллические структуры, и становятся более прочными по сравнению с некоторыми более мягкими металлами и сплавами. Из-за разных температур плавления превращение такого сплава из жидкого состояния в твердое происходит неравномерно. Это одна из причин, почему для эксперимента выбрали сплав галлия и меди.

Ученые использовали трансмиссионный электронный микроскоп, который использует крошечный пучок электронов в качестве рентгеновского излучения для наблюдения за сплавом. Ученые нагрели соли-растворители и добавили металлы, чтобы они перемешались. Далее образец затвердел и после того как он остыл, его растворили на более мелкие частицы. В результате остались интерметаллические частицы, которые можно было нагреть под микроскопом и наблюдать в наномасштабе и здесь ученые обнаружили нечто необычное.

Оказалось, что при температуре, примерно на 10 градусов ниже температуры плавления галлия, сплав галлия и меди начал плавиться и превращаться из твердого в жидкое состояние и обратно. При этом глубина трансформации сплава составляла до 10 нанометров. Полученные данные позволяют предположить, что такое поведение не вызвано способом подачи тепла, поскольку неравномерное тепло может создать горячую точку. Даже если бы отдельные атомы меди защищали от тепла больше внутренних атомов галлия, это создало бы холодную точку. Вместо этого происходил переход из одного состояния в другое.

Ирина Скиба / Skibair
Журналист ARDinform