Неймовірно: незвичайний металевий сплав перейшов із твердого стану в рідкий і назад

Згідно з дослідженням, опублікованим у журналі Advanced Science, науковці спостерігали за особливим металевим сплавом галію та міді, який переходить із рідкого стану в твердий і назад. Такого автори дослідження не очікували побачити, адже подібний фазовий перехід вважається незвичним, хоча й може відбуватися під час кристалізації галію в твердий стан, пише Popular Mechanics.

У Фокус. Технології з'явився свій Telegram-канал. Підписуйтесь, щоб не пропускати найсвіжіші та найзахопливіші новини зі світу науки!

Незважаючи на те, що вчені вже давно займаються вивченням властивостей металів та їхніх сплавів, досі вони не дуже добре розуміють, що відбувається з металами, коли вони переходять у твердий стан із рідкого. За словами авторів дослідження, багато в чому це пов'язано з непрозорістю розплавлених металів для більшості оптичних засобів спостереження.

Але досить добре дослідити поведінку металів можна за допомогою сильного рентгенівського випромінювання. Хоча ці дані вимагають усередненої оцінки за тривалий період і не відображають кристалізацію в реальному часі. Тобто це все одно, що робити окремо знімок рідкої калюжі та замерзлої промені, замість того, щоб показати утворення кристалів льоду у воді. Тому вчені знайшли кращий спосіб спостерігати за перетворенням металів на різні фазові стани.

Для проведення нового експерименту було обрано галій, незвичайний метал, який плавиться за температури приблизно 30 градусів Цельсія. Цей метал змішали з міддю, щоб створити подвійний сплав, в якому частинки міді з набагато вищою температурою плавлення розподілені рівномірно по всьому розплавленому галію. У результаті вийшов інтерметалічний колоїд, який являє собою повну суспензію одного металу в іншому.

Інтерметаліди, коли стають твердими, утворюють акуратні кристалічні структури, і стають міцнішими порівняно з деякими м'якшими металами і сплавами. Через різні температури плавлення перетворення такого сплаву з рідкого стану в твердий відбувається нерівномірно. Це одна з причин, чому для експерименту обрали сплав галію і міді.

Вчені використовували трансмісійний електронний мікроскоп, який використовує крихітний пучок електронів як рентгенівське випромінювання для спостереження за сплавом. Вчені нагріли солі-розчинники і додали метали, щоб вони перемішалися. Далі зразок затвердів і після того як він охолов, його розчинили на більш дрібні частинки. У результаті залишилися інтерметалеві частинки, які можна було нагріти під мікроскопом і спостерігати в наномасштабі, і тут вчені виявили дещо незвичайне.

Виявилося, що при температурі, приблизно на 10 градусів нижчій за температуру плавлення галію, сплав галію і міді почав плавитися і перетворюватися з твердого в рідкий стан і назад. При цьому глибина трансформації сплаву становила до 10 нанометрів. Отримані дані дають змогу припустити, що така поведінка не викликана способом подачі тепла, оскільки нерівномірне тепло може створити гарячу точку. Навіть якби окремі атоми міді захищали від тепла більше внутрішніх атомів галію, це створило б холодну точку. Замість цього відбувався перехід з одного стану в інший.

Фокус уже писав про те, що вчені створили дуже міцний сплав, який, як вони вважають, може зробити революцію в промисловому виробництві. Цей дуже складно зруйнувати.

Також Фокус писав про те, що вчені використовували новий підхід для того, щоб змусити краплі води літати над нагрітою поверхнею. І це має важливе практичне застосування.