miniatura|Gal·li metàl·lic líquid, a 30 °C (86 °F). Un metall líquid és un metall o un aliatge metàl·lic que és líquid a temperatura ambient o propera a aquesta.

L'únic metall elemental líquid estable a temperatura ambient és el mercuri (Hg), que es troba fos per sobre de -38,8 °C (234,3 K, −37,9 °F). Tres metalls elementals més estables es fonen just per sobre de la temperatura ambient: el cesi (Cs), que té un punt de fusió de 28,5 °C (83,3 °F); gal·li (Ga) (30 °C [86 °F]); i rubidi (Rb) (39 °C [102 °F]). El metall radioactiu franci (Fr) probablement també és líquid a temperatura ambient. Els càlculs prediuen que els metalls radioactius copernici (Cn) i flerovi (Fl) també haurien de ser líquids a temperatura ambient.

Els aliatges poden ser líquids si formen una mescla eutèctica, és a dir, que el punt de fusió de l'aliatge és inferior al de qualsevol dels metalls constituents de l'aliatge. El metall estàndard per crear aliatges líquids solia ser el mercuri, però els aliatges a base de gal·li, que tenen una pressió de vapor més baixa a temperatura ambient i toxicitat, s'estan utilitzant com a substitut en diverses aplicacions.

Conductivitat tèrmica i elèctrica Els sistemes d'aliatge que són líquids a temperatura ambient tenen una conductivitat tèrmica molt superior als líquids no metàl·lics ordinaris, cosa que permet que el metall líquid transfereixi energia de la font de calor al líquid de manera eficient. També tenen una conductivitat elèctrica més alta que permet que el líquid es bombegi de manera més eficient mitjançant bombes electromagnètiques. Això fa que s'utilitzin aquests materials per a aplicacions específiques de conducció i/o dissipació de calor.

Un altre avantatge dels sistemes d'aliatges líquids són les seves altes densitats inherents.

Viscositat La viscositat dels metalls líquids pot variar molt depenent de la composició atòmica del líquid, especialment en el cas dels aliatges. En particular, la dependència de la viscositat dels metalls líquids amb la temperatura pot anar des de la dependència estàndard de la llei d'Arrhenius fins a una dependència molt més pronunciada (no d'Arrhenius) com la que dóna empíricament l' equació de Vogel-Fulcher-Tammann. També es va desenvolupar un model físic per a la viscositat dels metalls líquids, que captura aquesta gran variabilitat en termes de les interaccions interatòmiques subjacents.

La resistència elèctrica d'un metall líquid es pot estimar mitjançant la fórmula de Ziman, que dóna la resistència en termes del factor d'estructura estàtica del líquid, tal com es pot determinar mitjançant mesures de dispersió de neutrons o de raigs X..

Humitat de superfícies metàl·liques i no metàl·liques miniatura|El gal·li mulla la pell, com es mostra aquí. Un cop s'han eliminat els òxids de la superfície del substrat, la majoria de metalls líquids mullaran la majoria de superfícies metàl·liques. A temperatura ambient, els metalls líquids sovint són reactius i solubles a les superfícies metàl·liques, tot i que alguns metalls sòlids són resistents a l'atac dels metalls líquids comuns. Per exemple, el gal·li és corrosiu per a tots els metalls excepte el tungstè i el tàntal, que tenen una alta resistència a la corrosió, més que el niobi, el titani i el molibdè.

De manera similar a l'indi, el gal·li i els aliatges que contenen gal·li tenen la capacitat de mullar moltes superfícies no metàl·liques com el vidre i el quars. Fregar suaument l'aliatge a la superfície pot ajudar a induir la mulladura. Tanmateix, aquesta observació de "mullament per fregament a la superfície del vidre" ha creat la idea errònia molt estesa que els metalls líquids a base de gal·li mullen les superfícies de vidre, com si el líquid s'alliberés de la capa d'òxid i mullàs la superfície. La realitat és la contrària: l'òxid fa que el líquid mulli el vidre. Amb més detall: a mesura que el líquid es frega i s'estén sobre la superfície del vidre, el líquid s'oxida i recobreix el vidre amb una fina capa de residus d'òxid (sòlid), sobre els quals el metall líquid mulla. En altres paraules, el que es veu és un metall líquid a base de gal·li mullant el seu òxid sòlid, no el vidre. Pel que sembla, aquesta idea errònia va ser causada per l'oxidació ultraràpida del gal·li líquid fins i tot en una quantitat mínima d'oxigen, cosa que va significar que ningú va observar el veritable comportament d'un gal·li líquid sobre el vidre fins que la investigació de la UCLA va desmentir el mite provant Galinstan, un aliatge a base de gal·li que és líquid a temperatura ambient, en un ambient sense oxigen.

Aquests aliatges formen una fina capa d'òxid d'aspecte mat que es dispersa fàcilment amb una agitació suau. Les superfícies lliures d'òxid són brillants i lluents.

Aplicacions Les aplicacions dels metalls líquids inclouen termostats, interruptors, baròmetres, sistemes de transferència de calor i dissenys de refrigeració i calefacció tèrmica. També es poden utilitzar per conduir calor i electricitat entre superfícies no metàl·liques i metàl·liques. A causa de la seva naturalesa de flux lliure, una altra aplicació potencial són els dispositius mèdics i portables, on la deformabilitat del material és important.

El metall líquid s'utilitza de vegades com a material d'interfície tèrmica entre refrigeradors i processadors a causa de la seva alta conductivitat tèrmica. La consola de videojocs PlayStation 5 utilitza metall líquid per refredar els components de l'interior de la consola. Els reactors nuclears refredats per metall líquid també els utilitzen

El metall líquid de vegades es pot utilitzar per a aplicacions biològiques, com ara la fabricació d'interconnexions que es flexionen sense fatiga. Com que el Galinstan no és particularment tòxic, els cables fets de silicona amb un nucli de metall líquid serien ideals per a marcapassos intracardíacs i implants neuronals on el teixit cerebral delicat no pot tolerar un implant sòlid convencional. De fet, un cable construït amb aquest material es pot estirar fins a 3 o fins i tot 5 vegades la seva longitud i continuar conduint l'electricitat, tornant a la seva mida i forma originals sense pèrdues.

Per raó de la seva combinació única d'alta tensió superficial i deformabilitat fluida, els metalls líquids són útils per crear actuadors tous. Els mecanismes de generació de força en els actuadors de metall líquid s'aconsegueixen normalment mitjançant la modulació de la seva tensió superficial. Per exemple, una gota de metall líquid es pot dissenyar per unir dues parts mòbils (per exemple, en sistemes robòtics ) de manera que generi contracció quan la tensió superficial augmenta. Els principis de la contracció similar a la muscular en els actuadors de metall líquid s'han estudiat pel seu potencial com a múscul artificial de nova generació que ofereix diversos avantatges específics dels líquids respecte a altres materials sòlids.

La font de neutrons d'espalació utilitza metalls líquids com a objectius per generar feixos de neutrons pulsats. També elstelescopis de mirall líquid poden utilitzar metalls líquids formats en una paràbola a través d'un tanc giratori per servir com a mirall primari d'un telescopi reflector.

Referències

Categoria:Aliatges