Jaký kov se taví při pokojové teplotě?

S tavitelnými kovy se většina z nás setkává v každodenním životě. Každý už dlouho zná rtuťový teploměr, který vám umožňuje měřit teplotu lidského těla. Rtuť se díky svému nízkému bodu tání rychle rozpíná a ukazuje, zda stojí za to si urychleně vzít antipyretikum, nebo zda jde o běžný příklad „mazaného zánětu“.

No a bez olova zkušení rybáři vůbec nevycházejí z domova. Ano, pruty jsou nutností, ale pro zatěžování vlasce se používají olověné závaží, které lze snadno tvarovat běžným ručním nářadím. Kde jinde se používají kovy s nízkou teplotou tání?

Obsah

1. Které kovy jsou nejtavitelnější?
2. Vlastnosti nízkotavitelných kovů aktivně používaných v průmyslu a každodenním životě
3. Olovo
4. Kadmium
5. Thallium
6. Vizmut
7. Cín
8. Indium
9. Rtuť
10. Gallium
11. O čem se bude diskutovat
12. Flexibilní elektronika na matrici
13. Vodivý inkoust pro inkoustový a 3D tisk
14. Dodávka léků a lékařský výzkum
15. Objemově vodivé kompozity
16. Meziprodukt při výrobě nanočástic jiných materiálů
17. Flexibilní baterie

Které kovy jsou nejtavitelnější?

Tavné kovy jsou kovy s nízkou teplotou tání. V nomenklatuře přijaté Mezinárodní unií čisté a aplikované chemie (IUPAC) takový termín neexistuje. Pokud jde o teplotu, která je ukazatelem tavitelnosti, odborníci nemohou dospět ke společnému názoru: někteří hovoří o prahu tání +500 °C, jiní – +600 °C.

A přesto se za hlavní klasifikaci považuje ta, která nastavuje bod tání nejvýše +500 °C. V tabulce jsou uvedeny nejběžnější a nejtavitelnější kovy:

Rtuť je nejtavitelnější kov, protože jako jediný dokáže měnit svůj stav agregace při teplotách pod nulou. Gallium je známé jako kov, který taje ve vašich rukou, s bodem tání téměř 7°C pod normální teplotou lidského těla.

Mezi tavitelnými kovy je obvyklé rozlišovat dvě skupiny:

1. Těžké, tedy kadmium, kobalt, olovo, rtuť.
2. Plíce, které zahrnují cín, gallium, indium, thalium, polonium, vizmut.

Palladium je jedním ze vzácných prvků.

Tavitelné kovy v seznamu níže mohou mít různé účinky na živé bytosti a lidské tělo:

• Draslík Rostliny to potřebují jako hnojivo, jinak začnou onemocnět a špatně plodí. V lidském těle je tento prvek zodpovědný za životně důležité procesy a spolupracuje se sodíkem.
• Kadmium v mikrodávkách má pozitivní vliv na metabolismus, i když je toxický, stejně jako jeho rozpustné sloučeniny.
• Vizmut Je toxický a radioaktivní a je součástí farmaceutických přípravků. Je důležité je užívat pouze podle pokynů, aby nedošlo k poškození těla.
• Gallium toxický, odborníci se však neshodnou na jeho nebezpečnosti – od nízké po vysokou.
• Olovo a rtuť jsou také toxické a pro lidský organismus nepoužitelné i v malých dávkách. Největší nebezpečí představuje rtuť z rozbitého lékařského teploměru.
• Thallium je silný jed, přestože vypadá docela atraktivně – je to jemná stříbřitá nebo šedomodrá látka. Do širokého povědomí se dostala díky dílům Agathy Christie, protože tucet jejích románů obsahuje popis jedu a pomocí tohoto tavitelného kovu její hrdinové často řešili své problémy.

Vlastnosti nízkotavitelných kovů aktivně používaných v průmyslu a každodenním životě

Je známo mnoho kovů, které se taví při teplotách až +600 °C, ale jen málo z nich se aktivně používá v průmyslu a každodenním životě. Zbytek tvoří do 10 % trhu s neželeznými a železnými kovy. Podívejme se na nejběžnější kovy s nízkou teplotou tání.

Kov byl poprvé zmíněn v implicitní podobě starověkými Řeky a Egypťany. V té době se používal jako součást mosazi. Výroba zinku začala v průmyslovém měřítku v roce 1743 v Bristolu a v roce 1746 se objevil samostatný způsob jeho výroby. Jednalo se o kalcinaci směsi oxidů s uhlím bez přístupu kyslíku a následné ochlazení par v chladicím zařízení.

Zinek má následující chemické a fyzikální vlastnosti:

• má stříbřitě bílou barvu, vysokou tažnost při +100…+150 °C;
• při pokojové teplotě je tak křehký, že i mírné ohnutí způsobuje slyšitelné křupání;
• taje při +419 °C;
• množství nečistot přímo ovlivňuje křehkost tohoto kovu s nízkou teplotou tání;
• schopné tvořit amfoterní sloučeniny;
• Působením vzduchu se na povrchu zinku vytváří oxidový film.

Je známo přes 65 minerálů obsahujících zinek. Jeho podíl v zemské kůře se odhaduje na 8*10^(-3)%. Zinek je také přítomen ve vodě, aktivně migruje v termických tocích, stejně jako olovo. Největší ložiska tohoto kovu se nacházejí v Íránu, Austrálii, Bolívii a Kazachstánu.

Příklady použití tohoto kovu s nízkou teplotou tání:

1. jako antikorozní nátěr na železo/ocel;
2. jako součást suchých baterií a baterií;
3. v tisku, kde se používá kov ve formě archů;
4. jako součást slitin v polovodičích.

V lidském těle působí zinek jako katalyzátor a je součástí inzulínu. Hlavními zdroji tohoto prvku jsou mléko, maso a vejce. Pokud je v půdě nedostatečný obsah zinku, rostliny začnou onemocnět. Ve své čisté formě je kov málo toxický.

Olovo

Je to stříbřitý, tavitelný kov, který může mít bělavý nebo namodralý odstín. Je rozšířený a snadno zpracovatelný, proto ho lidé používali již v roce 6 400 před naším letopočtem. E. Průmyslová výroba olova začala v roce 1840 a koncem XNUMX. století po něm poptávka začala klesat, protože byly k dispozici materiály méně nebezpečné pro zdraví. V důsledku toho musela být rychlost jeho výroby snížena.

Patří mezi těžké kovy, má hustotu 11,34 g/cm3, ale tento ukazatel klesá s rostoucí teplotou

Olovo se z galenitové rudy získává flotací, čímž se získá koncentrát s 50–80% čistotou látky. Potom se použije jedna ze čtyř metod k výrobě hrubého olova. Hlavní ložiska tohoto tavitelného kovu se nacházejí v USA, Číně a Rusku.

Oblasti použití olova:

1. výroba výbušnin – používá se dusičnan olovnatý;
2. železářský průmysl – slouží jako složka těžkých kapalin pro úpravu rud;
3. katodový materiál v chemických zdrojích proudu;
4. termoelektrický materiál – k tomu se používá telurid olova;
5. základ olověných baterií a jiných zdrojů energie;
6. výroba tmelu a některých druhů barev;
7. přísada pro zvýšení oktanového čísla benzínu.

V lékařské oblasti tento kov chrání lidi před zářením z rentgenových přístrojů. Jeden kilogram olova nyní stojí pouze 2-3 dolary.

Tento tavitelný kov sám o sobě je netoxický, ale jeho deriváty jsou velmi nebezpečné.

Kadmium

Měkký a tvárný, tvárný kov stříbřitě bílé barvy. Na rozdíl od výše popsaných nízkotavitelných kovů se stal známým poměrně pozdě – až v roce 1817. Objevil ji německý profesor F. Strohmeyer a dal jí jméno, které pocházelo z rudy, ze které se tehdy těžil zinek. V zemské kůře je podíl kadmia 130 mg/t. Ve vodě je obsažen v podílu 0,11 μ/l. V přírodě je pouze šest minerálů, které obsahují kadmium, ale obecně je stejně rozšířené jako zinek.

Fyzikální vlastnosti tohoto kovu s nízkou teplotou tání:

• praskliny při ohýbání kvůli charakteristikám krystalové struktury;
• taje při +321 °C, vře při +770 °C;
• krystalová struktura se zjednoduší, když se zavedou nečistoty;
• tvrdší než cín, ale měkčí než zinek, řezaný nožem;
• při +80 °C a výše ztrácí pružnost, stačí malé úsilí k přeměně v prášek.

Téměř 40 % produkce kadmia se spotřebuje na výrobu antikorozních povlaků pro jiné slitiny. Pokovování kadmiem je považováno za elektrolytickou operaci a je jedním z nejlepších způsobů, jak chránit součásti a nástroje před vznikem rzi. 20 % výsledného kadmia se používá jako přísada do barev. Tento nízkotavitelný kov se také podílí na výrobě filmových solárních článků, polovodičů, kryogenních zařízení a používá se při pájení hliníku.

Nezapomeňte, že ve vysokých koncentracích jsou sloučeniny kadmia jedovaté.

Thallium

Thalium je také považováno za kov s nízkou teplotou tání, protože taje při +304 °C a vře při +1473 °C.

Byl objeven v roce 1861 anglickým vědcem Crookesem prostřednictvím spektrální metody. Název vybraný pro kov je vysvětlen přítomností zelených čar ve spektru – „thallium“ je přeloženo z řečtiny jako „zelená větev“. Tento kov je jedním z prvků rozptýleného typu. V tuto chvíli je známo pouze sedm minerálů, ve kterých se implicitně objevují částice thalia. V zemské kůře je přítomen v objemech 3,5*10^(-5)%.

Thalium se používá v následujících oblastech:

1. ve formě amalgámu jako chladiva v teploměrech;
2. pro kardiologické studie;
3. jako materiál čočky v infračervené optice;
4. jako přísada do halogenidových výbojek;
5. v mineralogii umožňuje určit vlastnosti minerálů;
6. jako jed proti hlodavcům na těžko přístupných místech.

Hlavními fyzikálními vlastnostmi tohoto nízkotavného kovu jsou supravodivost při teplotách nad 2,39 °K, tvrdost 1,3 Mohs a 20 MPa Brinnell. Chemické vlastnosti thalia jsou schopnost reagovat s nekovy, dobrá rozpustnost v kyselině dusičné a sírové a inertnost vůči zásadám.

Thallium není nezbytným prvkem pro normální fungování lidského těla. Navíc je považován za kumulativní jed a ve významných koncentracích vede k poškození ledvin, nervového systému a gastrointestinálního traktu.

Vizmut

Tento krásný kov byl kdysi používán jako materiál pro kování velkolepých duhových šavlí, podstavců pušek a dalších zbraní. První zmínka o kovu pochází z roku 1546, ale oficiálního uznání se dočkal až o téměř 200 let později – v roce 1739. O dalších 80 let později byl prvek přidán do periodické tabulky.

Zemská kůra obsahuje 2*10^(-5)% bismutu. Vyskytuje se jako čistý prvek v rudě, takže jeho těžba není náročná. V průmyslovém měřítku se přibližně 85 % materiálu získává jako vedlejší produkt při zpracování mědi, cínu, olova a dalších rud.

Fyzikální vlastnosti tohoto kovu s nízkou teplotou tání:

• 8 krystalografických modifikací;
• zvýšení hustoty při přechodu z pevné látky na kapalinu;
• zvýšení elektrického odporu s rostoucí teplotou;
• nízká tepelná vodivost při 7,9 W/(m*K);
• taje při +271 °C, vře při +1564 °C;
• modul pružnosti je 33–35 GPa a modul pružnosti ve smyku je 12,5 GPa;
• křehký při pokojové teplotě, plastický při +160…+230 °C.

Řeč je o vzácném kovu, jehož roční produkce v čisté podobě nepřesahuje 6 tun. Hlavními dodavateli bismutu jsou Německo, Mongolsko, Austrálie, Peru a Rusko. Cena tohoto kovu se liší v závislosti na poptávce, například v roce 200 se za kilogram bismutu žádalo 2020 dolarů.

Cín

Lidé začali tento tavitelný kov používat ve 231. století před naším letopočtem, ale v čisté podobě se ho naučili získávat až ve 2. století. Cín taje při +620 °C a vře při +55 20 °C. Modul pružnosti je 152 GPa a pevnost v tahu je 62 MPa. Tvrdost bílého a šedého cínu podle Brinella je 260 MPa a 300 MPa. K odlévání tohoto kovu je nutná teplota +XNUMX…+XNUMX °C.

Cín se používá v následujících oblastech:

1. jako antikorozní povlak v čisté formě nebo jako slitina – na bázi cínu jsou pocínovaný plech, bronz a cín, který se již dlouho stal nejběžnějším materiálem pro výrobu nádobí;
2. jako složka barev;
3. v oboru gama rezonanční spektroskopie;
4. jako legující prvek při výrobě titanu;
5. jako abrazivo se pro tyto účely používá oxid cíničitý;
6. jako anodový materiál v chemických zdrojích proudu.

Cín je považován za stopový prvek, jeho podíl v zemské kůře se pohybuje v rozmezí 2–8*10^(-3)%. Tento nízkotavitelný kov se těží především z minerálu kasiterit, který obsahuje až 80 % čistého cínu. Druhým nejvyšším obsahem tohoto prvku je stanin, známý jako pyrit – obsahuje až 30 % cínu. Hlavními dodavateli tohoto kovu jsou Čína a země jihovýchodní Asie.

Nyní neexistují žádné spolehlivé informace o účinku cínu na lidské tělo, ale předávkování je plné otrav a chronických plicních onemocnění.

Indium

Objevili ho v roce 1863 němečtí vědci F. Reich a T. Richter. Kov dostal své jméno kvůli modré barvě čar ve spektru nebo barvě indigo, a ne na počest Indie, jak by se mohlo zdát. Indium ve své čisté formě je vzácné a drahé – jeho cena začíná na 100 dolarech za kilogram. To se vysvětluje tím, že se nachází pouze v pěti minerálech a jeho obsah v zemské kůře je na úrovni 10^(-5)%.

Oblasti použití tohoto nízkotavitelného kovu:

1. výroba LCD obrazovek, jejichž povinným prvkem je film z oxidu cínu;
2. mikroelektronika, kde působí jako akceptorová nečistota;
3. součást nízkotavitelných pájek;
4. povlak zrcadel, protože indium není ve svých reflexních vlastnostech horší než stříbro;
5. základ pro fotobuňky;
6. výroba „modrého zlata“;
7. tmel používaný ve vakuu.

Teplota tání tohoto nízkotavného kovu je +157 °C, vře při +2072 °C. Kritická teplota, při které vykazuje supravodivost, je 3,404 °K. Tvrdost podle Brinella je 9 MPa a tvrdost podle Mohse je 1,2. Indium se vyrábí ze zinkového odpadu a méně běžně z olova a cínu. Kov nehraje v lidském těle významnou roli.

Rtuť

Rtuť je jed. Již před naším letopočtem jej aktivně využívali lidé v různých oborech. Například starověcí a středověcí lékaři tímto materiálem léčili pohlavní a jiné nemoci, alchymisté se jej snažili proměnit ve zlato. V moderním světě se tento nejtavitelnější kov používá v elektrotechnice, výrobě přístrojů a organické chemii.

Při pokojové teplotě zůstává rtuť kapalná, protože taje při -39 °C. Protože jeho páry jsou extrémně nebezpečné, lze tuto látku uchovávat pouze v uzavřené formě.

Gallium

Gallium se v průmyslu používá méně než jiné popsané kovy, ale jeho schopnost tání je cítit pouhým dotykem. Faktem je, že tento tavitelný kov měkne při +29,8 °C, což je mnohem méně než teplota lidského těla. Jinými slovy, jednoduše se šíří ve vašich rukou.

D. Mendělejev diskutoval o existenci tohoto prvku, ale byl izolován až v roce 1875.

Gallium je typickým stopovým prvkem s dvojí geochemickou povahou a zemská kůra obsahuje asi 19 gramů na tunu. Nenachází se v čisté formě, ale je obsažen v mnoha minerálech. Hlavními vývozci gallia jsou země jihozápadní Afriky, Rusko a některé země SNS.

Oblasti použití kovu:

1. výroba sloučenin polovodičového typu – pro tyto účely se využívá až 97 % vytěženého galia;
2. jako studená pájka v radioelektronice pro kov a keramiku;
3. jako legující prvek;
4. pro výrobu optických zrcadel;
5. místo rtuti v usměrňovačích elektrického proudu.

doporučené články

Gallium je považováno za málo toxickou látku a v životě organismů nehraje významnou roli. I když tento kov není nejtavitelnější na světě, je za něj považován kvůli změnám, které podstupuje teplem rukou.

Nejsou to všechny tavitelné kovy, ale rozsah ostatních je tak omezený, že nemá smysl se o nich bavit v jednom článku.

Laboratoř flexibilní elektroniky a měkké robotiky Chemického a biologického klastru ITMO se zabývá kovy, které jsou při pokojové teplotě kapalné, především slitinami galia. Dnes takové materiály otevírají řadu nových praktických aplikací, od nositelné elektroniky po energetiku. V tomto článku si povíme o oblastech, ve kterých pracují vysokoškoláci a postgraduální studenti – čím jsou vybrané slitiny jedinečné a jakými metodami lze s nimi pracovat.

O čem se bude diskutovat

Jedním z hlavních předmětů výzkumu v laboratoři je slitina galia a india. Jedná se o tzv. eutektikum, jehož bod tání je znatelně nižší než obdobné parametry složek. Gallium-indium taje při teplotě asi 15 stupňů Celsia. Navíc je za normálních podmínek kapalný a dobře vede elektrický proud.

Je třeba poznamenat, že každá z vlastností gallia-india není jedinečná, ale jako celek je slitina velmi vhodná pro studium a aplikaci pro řešení konkrétních praktických problémů. Například rtuť zůstává kapalná i při pokojové teplotě. Jeho páry jsou však nebezpečné, takže je obtížné jej používat v domácnostech. Ale gallium-indium má teplotu odpařování tak vysokou, že je téměř nemožné se jím otrávit. Jeho adheze k povrchům, i když je slabá, je mnohem větší než u rtuti. Indium gallium má také poměrně nízkou hustotu: je téměř 2krát lehčí než rtuť. To z něj dělá jeden z nejslibnějších materiálů pro nositelnou elektroniku, kde je důležitá hmotnost.

Indium gallium je biokompatibilní, což znamená, že může být použito k vytvoření různých nositelných nebo implantovatelných zařízení. Ve skutečnosti si ho můžete nalít do rukou a nic špatného se nestane (pokud to nezkusíte vypít). To samozřejmě neznamená, že se kapky materiálu mohou rozptýlit kamkoli. Snadno vám zabarví ruce a koroduje jiné kovy, takže je potřeba s ním pracovat opatrně.

Alexandra Falchevskaya, postgraduální studentka chemického a biologického klastru ITMO. Alexandra zkoumá tekuté kovy. Zdroj: ITMO.NEWS.

K tomu dodejme, že gallium-indium lze volně zakoupit. Stojí to samozřejmě o něco více než stříbro – asi 7 tisíc rublů za 100 g (cena na jaro 2023 od ruského dodavatele). Ale vzhledem k tomu, že pro malé schéma asi 25 metrů čtverečních. cm trvá asi 100 mg materiálu, je to opravdu levné.

Výsledkem je, že z hlediska součtu jejich vlastností je gallium-indium a jeho modifikace s mírně odlišnými body fázového přechodu – gallium-indium-cín – optimální pro experimenty s tekutými kovy. A protože studium těchto materiálů na ITMO je založeno na konkrétních praktických případech, budeme o nich mluvit.

Flexibilní elektronika na matrici

Jednou z nejslibnějších aplikací tekutých kovů, zejména gallia-india, je flexibilní elektronika. Kov lze „zabalit“ do jakékoli matrice vyrobené z polymeru, například PDMS (polydimethylsiloxan), nebo dokonce do papíru – vše, co potřebujete, je povrch s dobrou přilnavostí, protože kvůli vysokému povrchovému napětí má tekutý kov vždy tendenci se shromažďovat v kapka.

V nedávné práci z laboratoře ITMO je matrice vytvořena na povrchu polymeru (PDMS) pomocí laserového gravírovače. Umožňuje nakreslit libovolný potřebný tvar, do kterého v dalším kroku vědci nanesou tekutý kov, rozmístí jej v rovnoměrné vrstvě po povrchu ručně nebo nastříkají pomocí airbrush. K tomu se mimochodem hodí nejjednodušší airbrush s Ozonem.

Obvod je nahoře pokryt tenkou vrstvou polymeru, který plní ochrannou funkci. Pokud jej po kontrole obvodu nenanesete, tekutý kov se jednoduše rozmaže a obarví vaše ruce a okolní předměty.

Tekutý kov nanesený na obvod v polymeru pomocí airbrush. Jak to nanášeli: nejprve vyrobili polymerní matrici, pak nanesli masku a na grafiči „vyřízli“ požadovanou strukturu, pak nanesli ZhM4 airbrushem a nakonec masku odstranili.

Polymerní matrice působí jako zádržná vrstva pro kov. Jeho ohnutím v libovolném směru neporušíme elektrický kontakt – kapalina získá nový tvar, aniž by praskla (jako by to udělal pevný vodič) a zachová si elektricky vodivé vlastnosti.

Navíc vodič neztrácí své vlastnosti po ztuhnutí a opětovném roztavení. Předpokládejme, že takový flexibilní okruh byl ochlazen pod jeho bod tání. V tomto případě se gallium-indiový vodič bude chovat jako jednoduchá fólie umožňující určitou deformaci. A i když v důsledku deformace větší než přípustné praskne, po zahřátí se kov znovu roztaví a kontakt se obnoví. V podstatě získáme samoléčivý vodič. Na rozdíl od pevného měděného vodiče budou mít dvě kapky tekutého kovu v důsledku povrchového napětí vždy tendenci se spojit. Totéž se stane, pokud je geometrie polymerní matrice jednoduše narušena – poté, co se vrátí do původního tvaru, dojde k obnovení kontaktu.

Takové flexibilní elektronické součástky lze použít k vývoji nositelných nebo implantovatelných senzorů a zařízení, včetně chytrého oblečení.

Vodivý inkoust pro inkoustový a 3D tisk

Jako inkoust lze použít slitinu gallia a india. Prakticky beze změn lze kov použít při pokojové teplotě pro tisk na inkoustové tiskárně. Takže můžete vytisknout elektrický obvod na jakýkoli substrát a chránit jej pomocí stejné metody, jak je popsáno v předchozí části.

Je možný i trojrozměrný tisk indium gallia, ale k tomu se používají tiskárny jako Biolink, které jako inkoust přijímají jakékoliv gelové a buněčné struktury s určitou viskozitou a povrchovým napětím. ITMO v tomto směru zatím provedlo pouze několik experimentů.

Dodávka léků a lékařský výzkum

Přestože slitina gallium-indium zůstává při pokojové teplotě kapalná, její nanočástice jsou stabilní díky povrchovému napětí. Vyrábějí se pomocí ultrazvukové instalace. Tekutý kov v rozpouštědle (alkohol, voda) je pomocí ponorného sonikátoru rozbit na mikro- a nanočástice – směs rozpouštědla a tekutého kovu se změní na koloidní roztok. V tomto případě lze velikost částic upravit.

Zpočátku se indium gallium používalo přesně ve formátu nanočástic – používaly se pro dodávání léčiv ve farmacii. Následně, jak na ITMO, tak po celém světě, byl proveden velký soubor výzkumů souvisejících s použitím nanočástic gallia a india pro biozobrazování (v CT, MRI a dalších studiích). Nyní se tato oblast nadále aktivně rozvíjí.

Objemově vodivé kompozity

Nanočástice gallia a india lze implantovat do téměř jakéhokoli polymeru. ITMO experimentuje s ecoflexem a PDMS. Taková implantace mírně zhoršuje mechanické vlastnosti polymeru, ale dává mu elektricky vodivé vlastnosti. Pro připojení takové konstrukce k elektrickému obvodu stačí namontovat svorky pro zdroj proudu.

Vědecké práce zahraničních studií uvádějí koncentrace nanočástic v polymeru až 80 %. Vědci ITMO se pokusili tyto výsledky zopakovat, ale zjistili, že tak vysoký obsah nanočástic ztěžuje míchání směsi před polymerací. Kompozit vytvořený z ingrediencí, které nejsou dostatečně promíchány, však není vhodný k použití – postupem času dochází k delaminaci a obecně vlastnosti nejsou jednotné. Možná zahraniční kolegové používají k míchání speciální mixéry. ITMO se však snaží přizpůsobit technologii pro hromadnou výrobu, takže poměr směsi se obvykle pohybuje v rozmezí 15-50 %.

Podobné kompozitní polymery lze použít pro nositelnou elektroniku. Mechanická elasticita a roztažnost finálního polymeru je dostatečná, aby nebránila pohybu – lidské tělo se prostě neohne tak, aby ho roztrhlo.

Můžete například implementovat senzor, který zaznamenává pohyby končetiny. Jak se polymer natahuje, jeho odpor se mění. Jeho měřením v určitých intervalech pomocí čipů NFC nebo Bluetooth můžete získat graf na vašem počítači.

Jako základ pro taková zařízení se nyní uvažují také vodivé polymery. Ale tekuté kovy poskytují vyšší účinnost přenosu náboje a jsou také stabilnější v provozu. V současné době skupina ITMO studuje závislost vodivosti finálního kompozitu na procentuálním zastoupení polymeru a nanočástic.

Meziprodukt při výrobě nanočástic jiných materiálů

Nanočástice gallia a india jsou poměrně snadno vyrobitelné, proto se používají jako přechodový materiál pro výrobu nanočástic jiných materiálů. Následně jsou gallium a indium chemicky nahrazeny v roztoku, což vede k nanočásticím ze sloučenin, které je obtížné přímo získat.

Například gallium lze chemicky nahradit germaniem a antimonem. Tyto látky mají velmi vysoké teoretické hodnoty kapacity, takže jsou studovány s ohledem na jejich použití jako anody v bateriích.

Použití gallia-india jako mediátoru je mnohem jednodušší než klasická redukce metaloidů z oxidů solí, protože vše se děje v roztocích (takové syntézy jsou vždy jednodušší než použití laseru, napařování). Podobným způsobem lze získat nanočástice niklu.

Flexibilní baterie

Oba tekuté kovy a jejich nanočástice jsou potenciálně užitečné pro vytváření flexibilních baterií. Pravda, zde se z větší části nepoužívá gallium-indium, ale sodík-draslík.

Draslík a sodík se již v bateriích aktivně využívají. Sodno-draselná slitina je stále považována za perspektivní a zároveň velmi levný materiál. Při pokojové teplotě jsou čistý draslík a čistý sodík pevné, ale jejich slitina je kapalná a zůstává tak až do -12 stupňů Celsia. Potenciálně to umožňuje eliminovat možnost vzniku dendritických procesů, kvůli kterým dochází k degradaci kapacity lithiových baterií (kvůli nim lithiové baterie bobtnají a jsou obecně nebezpečné). V tekutých kovech je růst dendritů při pokojové teplotě nemožný, protože atomy nejsou nijak uspořádané – nemají žádnou krystalickou strukturu.

Je také známo, že tekuté kovy jsou stabilnější při vysokých a nízkých teplotách, což znamená, že baterie na nich založené budou potenciálně fungovat lépe mimo normální podmínky.

Z hlediska možného použití v bateriích je slitina draslíku a sodíku zajímavá jak sama o sobě – ​​v kapalné formě, tak ve formě nanokompozitních struktur se zlepšenými povrchovými vlastnostmi.

Stejně jako v případě gallium-india lze zavedením kovových nanočástic do polymeru vytvořit flexibilní struktury na bázi draslíku a sodíku. Ale je nebezpečné vytvářet obvody na matrici pro použití ve stejném oblečení s ní. Tato slitina velmi prudce reaguje s vodou. I když je takový obvod pájen zvenčí bez přístupu kyslíku, vždy existuje riziko, že konvenční senzor nebo prvek „chytrého oblečení“ bude náhodně proražen, a pokud se alkalický kov dostane do kontaktu s vodou, být výbuchem.

S ohledem na tyto bezpečnostní nuance se v ITMO draslík-sodík používá pouze při vývoji baterií a při výrobě nanostruktur z jiných materiálů, které nelze získat jiným způsobem. Tyto kovy lze nahradit téměř čímkoli, takže je lze použít k vytvoření složitých křemíkových nebo uhlíkových struktur.

Obecně jsou tekuté kovy perspektivní oblastí. Existují další slitiny, jejichž bod tání je blízký pokojové teplotě. Dobrým příkladem je bismut-cín s bodem tání kolem 80 stupňů – všechny jeho zajímavé vlastnosti lze získat s běžným hořákem. Je však příliš brzy přejít na nové směry: pro testování použití stejného gallium-india v každodenním životě je třeba provést mnohem více výzkumu. Komplikuje je fakt, že tato slitina v atmosféře velmi rychle oxiduje, přičemž oxid má jinou vodivost než GaIn. Proto je výhodnější s ním pracovat v krabici s inertní atmosférou. ITMO má veškeré toto vybavení – počkáme si na zajímavé výsledky.