Жидкие металлы кроме ртути
Обновлено: 04.05.2024
непрозрачные жидкости, обладающие большими теплопроводностью и электропроводностью, а также др. св-вами, характерными для тв. металлов. Ж. м. явл. все расплавл. металлы и сплавы металлов с рядом металлидов. Нек-рые полуметаллы и полупроводники после плавления становятся Ж. м.: одни — сразу после плавления (Ge, Si, CaSb и др.), другие — при нагревании выше температуры плавления (сплав Fe—Se, PbFe, PbSe, ZnSb и др.). Нек-рые неметаллы (Н, Р, С, В) становятся Ж. м. при высоких давлениях. При атм. давлении и комнатной темп-ре жидким металлом является лишь ртуть (темп-pa плавления -38,9°С).
Носители заряда в Ж. м.— электроны. Для чистых металлов электропроводность при плавлении уменьшается примерно вдвое и при дальнейшем нагревании убывает линейно с темп-рой. Исключение составляют двухвалентные Ж. м.— их электропроводность при повышении темп-ры проходит через минимум. Термоэдс скачком меняется при плавлении, и для многих Ж. м. она пропорц. абс. темп-ре. Коэфф. Холла R (см. ХОЛЛА ЭФФЕКТ) для Ж. м.
Физический энциклопедический словарь. — М.: Советская энциклопедия . Главный редактор А. М. Прохоров . 1983 .
- непрозрачные жидкости с электропроводностью s/5.10 5 См. -1 . Ж. м. являются расплавы металлов, их сплавов, ряда интерметаллических соединений, полуметаллов и нек-рых полупроводников. Металлы с плотной кубич. или гексагональной упаковкой атомов (Al, Au, Pb, Cd, Zn и др.) плавятся с сохранением типа упаковки атомов и характера межатомных связей. Значение первого координационного числа при этом уменьшается при повышении темп-ры расплава. Кратчайшее межатомное расстояние изменяется мало и может быть как больше, так и меньше соответствующего значения для кристалла. Размеры областей упорядоченного расположения атомов в. расплавах металлов (вблизи точки плавления) ~20Е для Fe, 13Е и 15Е для К и Au.Переход нек-рых полупроводников (Ge, Si, A III B V , Те) и полуметаллов (Sb, Bi) в жидкометаллич. состояние сопровождается разрушением гомеополярных Межатомных связей при плавлении и дальнейшем нагреве расплава. В этом случае для окончат. структуры расплава характерны преим. октаэдрич. координация ближайших соседей, большие (в 1,5-2 раза), чем в кристалле, значения первого координац. числа и кратчайшего межатомного расстояния (на 10-20%).Вязкость Ж. м. в непосредств. близости к Т пл аномально высока, что наиб. заметно в расплавах Ge, Si, A III B V и др. Это объясняется явлением предкристаллизации (предплавления), но не исключено влияние примесей. Около Т пл наблюдается также аномально высокая теплоёмкость расплавов щелочных металлов и InSb, к-рая отсутствует в жидком Hg.Носители заряда в Ж. м. - электроны. При плавлении металлов с плотной упаковкой атомов уд. электросопротивление металлов увеличивается примерно в 2 раза, для металлов с объёмноцентрир. кубич. структурой - в 1,5 раза. Это не имеет места для Fe, Co, Ni. Температурный коэф. электросопротивления металлов I группы периодич. системы элементов в твёрдом и жидком состояниях почти одинаков. Для Ж. м. II группы он изменяется в жидкой фазе от отрицат. значения (Mg) к положительному (Hg).Коэф. Холла R при плавлении изменяется (см. Гальваномагнитные явления, Холла эффект); для Ж. м. RДруде теория металлов). Изменения теплопроводности при плавлении металлов сходны с изменениями электропроводности. Большую часть теплового потока в Ж. м. переносят электроны, а решёточная (фононная) теплопроводность мала. Количеств. оценка электро- и теплопроводности Ж. м. затруднена, т. к. теория кинетич. электронных процессов в жидкостях имеет качеств. характер и ещё не завершена. Термоэдс Ж. м. - линейная ф-ция темп-ры и состава, но известны отклонения от этого правила в системах Hg-In, Т1-Те и др. пл применяются в качестве вакуумных затворов при получении высокого вакуума. Лит.: Ашкрофт Н., Жидкие металлы, пер. с англ., "УФН", 1970, т. 101, в. 3; Б е л а щ е н к о Д. К., Явление переноса в жидких металлах и полупроводниках, М., 1970; М а р ч Н. Г., Жидкие металлы, пер. с англ., М., 1972; Мотт Н.,Дэвис Э., Электронные процессы в некристаллических веществах, пер. с англ., 2 изд., т. 1-2, М., 1982; Р е г е л ь А. Р., Глазов В. М., Физические свойства электронных расплавов, М., 1980; Полтавцев Ю. Г., Структура полупроводниковых расплавов, М., 1984. Ю. Г. Полтавцев.
Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. — М.: Советская энциклопедия . Главный редактор А. М. Прохоров . 1988 .
Полезное
Смотреть что такое "ЖИДКИЕ МЕТАЛЛЫ" в других словарях:
ЖИДКИЕ МЕТАЛЛЫ — расплавы всех металлов и ряда полупроводников (Si, Ge, InSb и др.), обладающие высокими электро и теплопроводностью, отрицательными коэффициентами электропроводности и другими свойствами твердых металлов. Многие жидкие полупроводники (расплавы Te … Большой Энциклопедический словарь
жидкие металлы — расплавы всех металлов и ряда полупроводников (Si, Ge, InSb и др.), обладающие высокими электро и теплопроводностью, отрицательным коэффициентом электропроводности и другими свойствами твёрдых металлов. Многие жидкие полупроводники (расплавы Te … … Энциклопедический словарь
Жидкие металлы — непрозрачные жидкости с характерным блеском, обладающие большой теплопроводностью, электропроводностью и др. особенностями, свойственными твёрдым металлам (См. Металлы). Ж. м. являются все расплавленные металлы и сплавы металлов, а также… … Большая советская энциклопедия
Жидкие металлы — непрозрачные жидкости с характерным блеском, обладающие большой теплопроводностью, электропроводностью и другими особенными свойствами твердых металлов. Жидкими металлами являются все расплавленные металлы и сплавы металлов. Некоторые… … Энциклопедический словарь по металлургии
ЖИДКИЕ МЕТАЛЛЫ — непрозрачные жидкости с характерным блеском, обладающие большой теплопроводностью, электропроводностью и другими особенностями, свойственным твердым металлам. Жидкими металлами являются все расплавленные металлы и сплавы металлов. Некоторые… … Металлургический словарь
МЕТАЛЛЫ — (от греч. metallon, первоначально шахта, руда, копи), простые в ва, обладающие в обычных условиях характерными св вами: высокими электропроводностью и теплопроводностью, отрицательным температурным коэфф. электропроводности, способностью хорошо… … Физическая энциклопедия
Жидкие радиоактивные отходы — Радиоактивные отходы (РАО) отходы, содержащие радиоактивные химические элементы и не имеющие практической ценности. Часто это продукты ядерных процессов, таких как ядерное деление. Большую часть РАО составляют так называемые «малоактивные… … Википедия
Жидкие полупроводники — вещества, обладающие в жидком состоянии свойствами полупроводников (См. Полупроводники). Плавление многих твёрдых полупроводников (Si, Ge и др.) сопровождается резким увеличением электропроводности до значений, типичных для металлов (См.… … Большая советская энциклопедия
ЖИДКОСТЬ — агрегатное состояние в ва, промежуточное между твёрдым и газообразным. Ж. присущи нек рые черты твёрдого тела (сохраняет свой объём, образует поверхность, обладает определ. прочностью на разрыв) и газа (принимает форму сосуда, в к ром находится,… … Физическая энциклопедия
КОРРОЗИЯ МЕТАЛЛОВ — самопроизвольное физико химическое разрушение и превращение полезного металла в бесполезные химические соединения. Большинство компонентов окружающей среды, будь то жидкости или газы, способствуют коррозии металлов; постоянные природные… … Энциклопедия Кольера
Жидкий металл: структура, свойства
Сегодня уже поколебалось привычное представление о том, что металл в обычном состоянии – вещество твердое. Долгое время считалось, что единственное исключение из этого утверждения – ртуть, которая в жидком состоянии остается до -39° C. Ответ на вопрос о том, какой металл жидкий, не так однозначен.
Жидкие металлы в природе
На самом деле ртуть не является единственным в мире жидким металлом. Известны еще галлий, цезий и франций, которые находятся в жидком состоянии до +30° C.
Галлий очень широко применяется, например, в электронике. Кроме того, что он плавится при низких температурах, галлий, и это главное его достоинство, закипает при температуре не ниже 2230° C. Необычайно широкий интервал расплава дает возможность использовать этот элемент в работе атомных реакторов.
Не менее востребованным элементом является цезий, несмотря на то что его в земной коре крайне мало и добыча его затруднена.
А вот радиоактивный элемент франций, период полураспада которого составляет чуть больше 22 минут, образуется при распаде актиния, и до сих пор неизвестно, как он выглядит. Даже ученые о нем знают очень мало, и знания эти накапливаются по крупицам. Научные лаборатории проводят исследования этого элемента на образцах массой в одну десятимиллионную долю грамма, которая каждые двадцать две с небольшим минуты уменьшается вдвое.
То есть при температурах, немногим отличающихся от комнатной, жидкими металлами можно назвать четыре элемента периодической таблицы Менделеева, включая ртуть.
Строение металлов
В металлах атомы располагаются в строгом геометрическом порядке и образуют кристаллическую решетку. Их виды в разных металлах и сплавах различаются в зависимости от количества и расположения атомов.
В расплавленных металлах атомы находятся в хаотическом движении, и связи между ними нарушаются.
Обычный расплавленный жидкий металл из мартена – это всего лишь материал с кристаллической решеткой и обычными свойствами твердого тела при нормальной температуре.
При охлаждении жидкого металла начинается процесс кристаллизации, скорость которого возрастает с понижением температуры. Связи между атомами восстанавливаются, и образовывается кристаллическая решетка. Нарушение целостности металла, например, образование ржавчины или трещин, происходит именно на границах между кристаллами. То есть если не существует четких границ между кристаллами, меняются не только механические, но и электрические, и магнитные свойства металла.
Свойства жидких металлов
Ученые утверждают, что аморфные материалы могут быть прочнее кристаллических аналогов в десять раз, а их электрическое сопротивление выше в пять раз. Причем при нормальной температуре они способны сохранять свойства более ста лет, но высокую температуру переносят плохо.
Если жидкий металл из мартена охладить настолько быстро, что связи между атомами и кристаллами не успеют восстановиться, то получится вещество в аморфном состоянии, соединяющее в себе свойства металлов и жидкостей.
Оно обладает поверхностным натяжением и вязкостью жидкостей, а сжимается и отражает электромагнитные волны, как всякий металл. Структура жидких металлов – это хаотическое скопление атомов без жестких связей между ними.
Поскольку отсутствует кристаллическая структура, такие вещества обладают замечательными магнитными свойствами, высокими показателями прочности на растяжение и ударной вязкости.
Жидкий металл прочнее титана более чем в два раза, не ржавеет и может отливаться в форму, даже самую сложную, как любой пластический материал. При этом после отливки дополнительно обрабатывать изделие не нужно – у него четкие очертания и идеально гладкая поверхность.
Жидкие металлы на основе галлия
Сплавы на основе легкоплавких металлов, а их в мировой промышленности используется около тридцати, имеют температуру плавления меньше 70° С. Большинство из них химически активны и токсичны. Сплавы на основе галлия, в которые в разных пропорциях входят индий, олово и цинк, плавятся при низких температурах, меньше 40° С, и не являются ни токсичными, ни химически активными. В промышленности их используется всего восемь, но вариаций может быть значительно больше, в зависимости от процентного соотношения компонентов.
Температура плавления, °С
Эти сплавы жидкими металлами и являются. Они не токсичны, но специалисты рекомендуют при работе с ними соблюдать меры предосторожности и работать в резиновых или хлопчатобумажных перчатках.
Способы получения жидких металлов
Если не говорить о жидких металлах на основе галлия, то в первую очередь ученые искали возможность быстрого охлаждения расплавленного металла. Существует способ распыления металла с помощью устройства, напоминающего пульверизатор, тонким слоем на очень холодную поверхность. Метод носит название "ионно-плазменное распыление". Используется и нанесение жидкого металла на вращающийся диск. В любом случае такими способами можно было получить узкие полоски металла, которые нельзя соединить между собой горячими методами, обычными для кристаллических веществ.
Следующим этапом было создание сплавов из металлов, которые друг с другом сочетаются плохо. Специалисты Калифорнийского технологического института разработали сплав с названием Liquidmetal. В состав жидкого металла входят титан, медь, никель, цирконий и бериллий. При остывании такого сплава кристаллизация происходит очень медленно, так как атомы металлов очень отличаются по размерам.
Применение жидких металлов
Жидкие металлы на основе галлия используются в системах пожарной сигнализации, в качестве теплоносителя в системах охлаждения с высокими рабочими температурами.
В период, когда сплав "жидкий металл" получали в виде узких ленточек, применение ему нашли при создании кодовой маркировки, предназначенной для борьбы с хищениями и использования в покрытии буровых труб для увеличения срока их службы.
Когда был создан Liquidmetal, его начали применять при изготовлении клюшек для гольфа. Расчеты показали, что такая клюшка передает мячу более мощное энергетическое усилие, чем обычная.
Специалисты Liquidmetal Technologies участвуют в разработках ведущих производителей лыж и бейсбольных бит.
В оборонной промышленности Liquidmetal может заменить обедненный уран в снарядах, пробивающих броню.
В России из жидкого металла, полученного из расплава, охлажденного на вращающемся диске, стали изготавливать элементы и микропровода для особо чувствительной и точной аппаратуры, в медицинском приборостроении и электронной технике, фильтры для защиты ценных бумаг и банкнот от подделок и многое другое.
Жидкие металлы в качестве термоинтерфейса
В измерительной технике, радиоэлектронных устройствах и бытовых компьютерах широко используется термоинтерфейс.
Термоинтерфейс – это термопроводящее вещество, которое наносится тонким слоем между поверхностью, которую необходимо охлаждать, и устройством, предназначенным для отвода тепла.
К нему предъявляются высокие требования:
- постоянная консистенция, которая не изменяется при работе или хранении;
- стабильность характеристик в рабочем диапазоне температур;
- нетоксичность и негорючесть;
- легкость нанесения и удаления с поверхности;
- минимальное тепловое сопротивление.
Наиболее распространенным видом термоинтерфейса является теплопроводная паста, или, проще говоря, термопаста. Жидкий металл с высоким коэффициентом теплопроводности и другими свойствами как нельзя лучше соответствует предъявляемым к термопастам требованиям.
В компьютерах на печатных платах процессоров выделяется большое количество тепла. Поверх процессора устанавливается охлаждающий механизм (радиатор). Чтобы повысить эффективность отвода тепла и убрать воздушную прослойку между кулером и процессором, используются термопасты.
Продукты компании Coollaboratory
Компанией Coollaboratory был разработан продукт, полностью состоящий из жидких металлов, без твердых частиц и неметаллических добавок.
Жидкий металл Coollaboratory Liquid Pro - теплопроводящий материал с высокой теплопроводностью, внешне напоминающий ртуть, но нетоксичный, характеризуется высокой способностью к смачиванию многих материалов.
Coollaboratory Liquid Ultra в виде пасты легко наносится кисточкой на теплораспределительную крышку процессора.
Coollaboratory Liquid Metal Pad представляет собой теплопроводящую прокладку, которая легко наносится на поверхность и плавится только при нагреве процессора.
Все эти жидкие металлы не могут работать при контакте с алюминием - радиатор должен быть выполнен из меди с никелевым покрытием. Производитель заявляет об уникальных показателях теплопроводности Coollaboratory Liquid Metal. Правда, на этот жидкий металл отзывы неоднозначны, и многие пользователи выказывают сомнения в заявленных характеристиках.
Применение жидкого металла производителями смартфонов
В настоящее время в американской версии iPhone комплектуется инструментом для извлечения SIM-карты, говоря иначе, i-Скрепкой из жидкого металла.
Но такое уникальное вещество с возможностью принимать при незначительной массе любые формы, антикоррозионными свойствами и особенно высокой прочностью, повышенной износостойкостью, высоким коэффициентом восстановления можно использовать и для изготовления корпусов смартфонов, флешек и часов. В планах Apple – изготовление клавиши Home и сенсорной поверхности из жидкого металла.
Компания HTC тоже планирует использовать LiquidMetal при изготовлении корпусов смартфонов. Но эти данные являются неофициальными.
Зато компания Turing Robotics Industries (TRI) при создании уникального Android-смартфона Turing Phone использует для каркаса корпуса и рамки-окантовки дисплея сверхпрочный сплав из циркония, меди, алюминия, никеля и серебра, который в описаниях компонентов смартфона носит название liquidmorphium. Этот сплав значительно прочнее титана и эффективно выдерживает удары и особым образом отражает свет.
Трехмерная печать с применением жидкого металла
Специалисты Университета Северной Каролины подобрали такой сплав галлия и индия, который держит форму после печати. Тонкая пленка оксида удерживает напечатанную структуру из шариков и нитей, которая внутри остается жидкой. Используя технологию трехмерной печати, можно изготавливать эластичные гибкие провода, выдерживающие многократные растяжения и сжатия.
Ранее австралийские ученые для создания металлических объектов, которые должны восстанавливать форму, использовали сплав галлистан на основе галлия, олова и индия с температурой плавления 19 °С и специальное порошковое покрытие.
Краски "жидкий металл"
Краски с таким названием, строго говоря, жидким металлом не являются.
Жидкий металл - краска из металлических пигментов, тонкоизмельченных порошков цветных металлов и сплавов алюминия, меди, цинка, бронзы. К металлическим пигментам относятся золотистая бронза, медный порошок, алюминиевая и цинковая пудра. Такие краски отличаются хорошим сцеплением с любыми поверхностями: пластиками, металлами, тканями, стеклом, гипсом, керамикой, деревом. Равномерно распыляются соплом от 0,2 мм и закрепляются лаками на водной основе.
Краска "жидкий металл" марки Maimeri ("Маймери") на основе смолы разбавляется спиртом и служит для декорирования тонких поверхностей – бумаги, картона, дерева. Характеризуется дополнительной устойчивостью к износу и окислению.
Жидкий металл Viva ("Вива") разбавляется водой и предназначен для росписи фарфора, фаянса, керамики, гончарных изделий.
Специальная краска была разработана специалистами Mercedes Benz для купе CL 65 AMG на основе тончайших алюминиевых пигментов. Такое покрытие хорошо отражает свет и интенсивно блестит.
В заключение можно сделать вывод, что понятие «жидкий металл из мартена» не является всеобъемлющим. Что еще можно отнести к данной категории материалов? «Жидкий металл» - название такое носят также искусственные сплавы и вещества в аморфном состоянии, обладающие свойствами металлов, в том числе цветом и блеском.
Химический элемент ртуть. Плотность металла в жидком и твердом агрегатных состояниях
Каждый человек, когда слышит слово "металл", представляет себе твердое блестящее тело, которое кажется холодным, если к нему прикоснуться. Однако в природе существует металл, который при комнатной температуре является жидким. Речь идет о ртути. Рассмотрим в статье свойства этого элемента, обращая особое внимание на вопрос плотности ртути.
Химический элемент
Если взглянуть на таблицу Менделеева, то под номером 80 в ней расположен элемент ртуть. Ему соответствует символ Hg, который имеет латинское название гидраргирум. Это слово с древнегреческого языка переводится как "жидкое серебро", что обусловлено серебристым цветом металла и его жидким состоянием при нормальных условиях.
Перед ртутью в периодической таблице находится золото (Au). Такое соседство не является случайным, ведь многие химические свойства ртути подобны таковым для "царя металлов".
Рассматриваемый элемент не является химически активным, он плохо проводит тепло, однако является хорошим проводником электричества. Ртуть не растворяется в воде, ее способны растворить лишь концентрированные кислоты, например, азотная. В самом жидком металле легко растворяются многие другие металлы, включая серебро и золото. Любопытно, что железо в ртути не растворяется, это позволяет его использовать в качестве материала для контейнеров, содержащих ртуть.
Причина необычных свойств ртути
Уже при -39 o C рассматриваемый металл начинает плавиться и переходит в жидкое состояние, а при температуре 357 o C он начинает кипеть и активно образует пар. Очевидно, что причиной такого поведения являются слабые металлические связи в кристаллической решетке, когда вещество находится в твердом состоянии.
Чтобы понять, почему ртуть жидкая, вспомним, что собой представляет металлическая связь. Согласно упрощенной и наглядной модели, эта химическая связь образуется, когда атомы металла легко отдают слабо связанные валентные электроны в межатомное пространство. Последние образуют электронный газ, который связывает в результате кулоновских взаимодействий положительно заряженные ионы в кристаллической решетке.
Теперь обратимся к атомному строению ртути. Атом этого уникального металла имеет электронную структуру [Xe]4f 14 5d 10 6s 2 . Видно, что все электронные оболочки его завершены, поэтому он очень "неохотно" отдает свои электроны. Чтобы оторвать один электрон из внешнего уровня, понадобится энергия аж в 10 эВ (для примера, температуре 300 К соответствует энергия 0,01 эВ). Поскольку ядро атома ртути прочно связано с валентными электронами, то никакой связи металлической в кристалле этого вещества не образуется. Твердое состояние металла возможно лишь при температуре ниже -39 o C за счет действия слабых сил Ван-дер-Ваальса.
Заметим, что подобной электронной структурой обладают также цинк и кадмий. Оба металла также являются легкоплавкими, однако их температура плавления все же выше, чем у ртути, что обусловлено отсутствием у атомов этих элементов заполненной f-орбитали.
Какая плотность ртути?
Поскольку при нормальных условиях ртуть является текучим веществом, то любопытно узнать, насколько она тяжелая. Плотность ртути в кг на кубический метр составляет 13546. Это значение говорит, что рассматриваемый металл является очень тяжелым. Если ртутью набрать сосуд объемом 1 литр, то его масса составит 13,5 килограмм.
Большая плотность рассматриваемого металла связана с тем, что его атомы имеют относительно большую массу, которая равна 200,59 а.е.м. Для доказательства этого утверждения проведем простой расчет. Он будет заключаться в сравнении плотности ртути и воды. Как известно, вода при 4 o C имеет плотность 1000 кг/м 3 , а молекулярная масса H2O равна 18 а.е.м. Разделим массу атома Hg на массу H2O, получим:
Плотности же рассматриваемых веществ отличаются в 13,5 раз. Мы получили очень близкую цифру, подтвердив тем самым изложенный выше факт. Поскольку расчетная цифра оказалась несколько меньше, чем экспериментальное значение, то это говорит о том, что среднее расстояние между атомами ртути в жидкости меньше, чем расстояние между молекулами воды.
Плотность ртути практически не зависит от температуры, что является справедливым для большинства жидкостей, поскольку коэффициент ее теплового расширения очень маленький (имеет порядок 10 -4 K -1 ).
Твердая ртуть
При температуре ниже -39 o C рассматриваемое вещество кристаллизуется, то есть из жидкого состояния переходит в твердое. Смена агрегатного состояния сопровождается выделением небольшого количества теплоты (2,3 кДж/моль), что свидетельствует об образовании слабых химических связей в твердом теле. Для типичных металлов теплота образования на порядок больше, чем у ртути.
Переход в твердое состояние сопровождается небольшим уменьшением объема и, как следствие, незначительным увеличением плотности ртути. Она становится равной 14184 кг/м 3 , то есть возрастает всего на 4,8 % относительно этой величины для жидкости.
Как большая плотность проявляет себя на практике?
Будучи плотной жидкостью, ртуть также обладает огромным поверхностным натяжением. Когда ртуть разливают практически на любую поверхность, то она собирается в круглые капли.
Большая плотность приводит к тому, что любой железный предмет спокойно плавает на ее поверхности в результате действия на него архимедовой силы.
Жидкий металл: подводные камни. Взгляд глазами химика
Написать эту статью меня сподвиг пост NotSlow Не так страшен жидкий металл. Там все просто: подстраховался от замыкания, нанес тонким слоем, прикрутил и радуйся низким температурам. Но так ли все хорошо на самом деле?
Для начала нужно выяснить, что это за жидкий металл такой. Среди чистых металлов единственный, который может быть жидким при комнатной температуре — это ртуть. В здравом уме никто сейчас не станет применять ртуть в качестве термоинтерфейса из-за ее крайней токсичности и испаряемости. Два других становятся жидкими уже при температуре человеческого тела — это цезий и галлий. Цезий — это «фтор наоборот» по своей химической активности, он возгорается и взрывается от малейших следов воздуха и влаги и даже разрушает стекло. Остается галлий (на КПДВ именно он). При комнатной температуре галлий все же твердый, однако с некоторыми другими легкоплавкими металлами он образует эвтектики, плавящиеся при 20,5°С (галлий-олово) и даже 15,3 °С (галлий-индий). Еще ниже — в районе 5 °С — плавится тройная эвтектика галлий-индий-олово (62, 25 и 13% соответственно). Имеющиеся в продаже термоинтерфейсы типа «жидкий металл» — это как раз и есть сплавы на основе этих трех элементов, возможно с некоторыми дополнительными присадками.
Исходя из этого, ясны и подводные камни. Первый из них — это абсолютная несовместимость галлийсодержащих сплавов с алюминием!
Во времена, когда уроки химии в школе непременно сопровождались демонстрацией опытов, был среди них и опыт по амальгамированию алюминия. Алюминий покрывали слоем ртути и он тотчас начинал бурно окисляться, рассыпаясь прямо на глазах. Ртуть защищала алюминий от образования оксидного слоя и он образовывался уже на поверхности амальгамы, но не был способен остановить окисление, так как на поверхности жидкости он не удерживался сплошным слоем, растрескивался, и в трещинах открывалась свежая, неокисленная поверхность амальгамы.
Ровно так же действует и галлиевый сплав с той только разницей, что он способен буквально пропитывать алюминий насквозь, проникая в межкристаллитные промежутки. Алюминий, пропитанный жидким галлием, не только окисляется на глазах, но еще и крошится в руках.
Так что ЖМ следует держать от алюминия подальше. И это касается не только алюминиевых радиаторов: случайная капелька «жидкого металла» может уничтожить и корпус ноутбука, если тот из алюминиевого сплава, и любую другую алюминиевую деталь. Хотя бы корпус какого-нибудь конденсатора. Причем капелька эта является классическим катализатором — делает свое черное дело, не расходуясь сама.
Но и медь к галлию небезразлична. На рисунке выше я привел T-x диаграмму системы медь-галлий (из справочника «Диаграммы состояния двойных металлических систем» под ред. Лякишева), на которой видно бесчисленное множество интерметаллических соединений. Как только галлий вступит в контакт с медью, они тут же начинают образовываться. Жидкий галлий (к его сплавам это тоже относится) вообще очень охотно смачивает и металлы, и неметаллы, а явное химическое сродство этому крайне способствует. Так что «жидкий металл» будет просто впитываться в медь, образуя на границе между металлами корку интерметаллидов. Последние не являются металлами с физической точки зрения, они тугоплавки, хрупки и обладают плохой тепло- и электропроводностью, но главное — «жидкий металл» будет расходоваться на их образование и просто уйдет из зазора. Многие из тех, кто пробовал в деле ЖМ, сообщают, что со временем он перестает работать, и сняв радиатор, они обнаружили, что жидкий металл «испарился». Испариться он не мог — заметное давление пара у его компонентов появляется только свыше тысячи градусов — он просто впитался в медь, прореагировал с ней. Устранить это явление помогает никелевое покрытие на меди, хоть оно и является дополнительным препятствием для тепла.
Кстати, впитываемость галлия и его сплавов в металлы еще касается паяных соединений — помните про ту маленькую капельку, которая может разрушить алюминиевый корпус? Так вот, такая же капелька, попавшая на припой, сделает и его хрупкой, а пайку ненадежной. В какой-то момент это «сработает». Поэтому лично я бы держал «жидкий металл» как можно дальше от любой электроники.
И последнее, о чем следовало бы написать: «жидкий металл», увы, небезвреден. Галлий по некоторым данным сравним по токсичности с мышьяком, второй его компонент, индий — также является токсичным тяжелым металлом. В отличие от ртути сплавы на основе галлия все же абсолютно нелетучи при обычной температуре, так что отравиться их парами не получится, однако из-за своей способности легко прилипать ко всему на свете эти сплавы невероятно мазучие. Испачкать ими, к примеру, руки — легче легкого, а отмыть их до конца очень сложно. Потом это все попадет в рот. Поэтому — работаем с «жидким металлом» и всем, что с ним контактировало только в резиновых перчатках и отдельно от еды, питья и курения. И да, никогда не делайте так, как на КПДВ!
Не так страшен жидкий металл
Наверное многие знают или хотя бы раз слышали о существовании такой «термопасты» как жидкий металл. Если коротко — это термоинтерфейс, теплопроводность которого на порядок выше даже самой лучшей обычной термопасты. Именно так — не в 2, не в 3, а в целых 10 раз выше.
Но почему же его не используют все и везде? У многих жидкий металл ассоциируется со страшной процедурой delidding (скальпирование, снятие верхней крышки процессора). Страх повредить драгоценный процесор, плюс страх перед сложностью нанесения (по сравнению с обычной термопастой). И главное — боязнь, что жидкий металл случайно попадет куда-то не туда и что-нибудь замкнет.
Да, все эти страхи обоснованы. Однако если Вы уверены, что руки растут из правильного места, то глупо хотя бы раз не попробовать воспользоваться магией под названием liquid metal. Ни один кулер никогда не даст вам такого прироста производительности системы охлаждения.
А в некоторых случаях даже в скальпировании нет необходимости. О чем и пойдет речь далее.
Предисловие
Сколько себя помню, меня всегда раздражали «тормоза» компьютеров. Всегда искал способы повысить отзывчивость. Еще на далекой Windows 98 правил реестр для минимальных задержек меню (MenuShowDelay=1 > HKEY_CURRENT_USER\Control Panel\Desktop), один из первых использовал только появившийся Gigabyte I-Ram (4 планки памяти с li-ion аккумулятором) под операционку, а уж про опыт с самыми разными SSD так вообще отдельную статью можно писать.
Ну и конечно же разгон процессора — это само собой разумеется. Нет, без экстрима и даже без водяных установок, но с температурой приходилось бороться. Корпус с огромным 40см вентилятором, различные дополнительные радиаторы, лучшие термопасты (Noctua NT-H1, Gelid GC-Extreme), много чего перепробовано.
Жидкий металл конечно тоже давно не давал покоя. Но сперва решил потренироваться «на кошках».
Подопытный
Суть в том, что эксперименты со скальпированием можно отложить на потом, а опробовать супер-термоинтерфейс уже сейчас. Правда ли жидкий металл так хорош как говорят или привирают. Ведь процессоры ноутбуков в большинстве своем уже «голые». Просто добавь воды жидкого металла.
Есть у меня Lenovo T450s. Уже относительно старенький, но на вполне бодром (по меркам ноутбуков) i7-5600u. Надо ли уточнять что базовая производительность меня совершенно не устраивала. Конечно же были отключены все энергосбережения, только max performance, только хардкор. Пусть и в ущерб времени работы от увеличенной (72Wh) батареи, но процессор почти всегда работает на 3+ Ггц. Ну не люблю я когда медленно, это уже зависимость.
В итоге конечно же за этим ноутом руки всегда в тепле. Нет, до фена ему далеко, но небольшой перегрев чувствуется даже при не на 100% занятом процессоре.
Вот как это выглядит графически:
При 100% нагрузке имеем температуру 95+ градусов и постоянный троттлинг процессора.
Conductonaut
Жидкий металл можно купить от нескольких производителей. Возможно какие-то лучше/хуже или выгодней по цене за грамм. Но задачи не стояло выяснить кто лучший. Было решено попробовать вариант от Thermal Grizzly.
Обычно за подобными эксклюзивными вещами иду всегда закупаться на ebay, amazon и т.п. Но каково же было удивление когда обнаружил то что нужно, да еще и по более низкой цене, в местном сетевом магазине. Хоть и под заказ конечно, но ожидание заняло всего лишь дня 3.
Все полностью локализировано.
В комплекте, помимо самого шприца с волшебным веществом, получаем: металлическую насадку-иглу и подобную пластиковую (даже не знаю зачем она), алкогольные тампоны для протирки, две ватные палочки, инструкция и большое красное предупреждение — «Не использовать с алюминиевыми радиаторами». Хотя слабо представляю кого-то, кто на столько заморочится термоинтерфейсом, но при этом будет использовать менее термопроводные алюминиевые радиаторы.
Добравшись до процессора, очень удивился когда увидел один из кристаллов совершенно без термопасты. Еще более удивила медная пластина радиатора над ним, сделанная более утопленной на примерно 1мм. Таким образом слой термоинтерфейса там должен быть очень уж толстый.
Но погуглив, узнал что на самом деле так и должно быть. Второй кристалл — это PCH (южный + частично серверный мост). И он так понимаю не особо греется и уж тем более не должен дополнительно подогреваться теплом процессора. Поэтому оставил его как есть.
Снял черную защитную наклейку и очистил старую термопасту с процессора и радиатора.
Следующий шаг — защита от короткого замыкания. Не думаю конечно, что жидкий металл будет как вода плескаться по всему окружению. Но минимальную защиту сделать необходимо.
В строительном магазине приобрел балончик жидкой резины.
И с помощью ватной палочки (обычной, не из комплекта Thermal Grizzly) аккуратно закрасил все контакты процессора. Вместо жидкой резины можно много чего другого использовать, но решил испробовать именно ее.
Далее, вернул обратно черную защитную пленку и сверху еще раз прошелся жидкой резиной вокруг самого кристалла процессора.
И наконец самое интересное. Крайне аккуратно выдавил из шприца капельку похожую на ртуть.
Сперва на медную пластину радиатора. Начал растирать ее тампоном, но ничего не получалось вначале. По ощущениям это похоже на лужение меди. По началу припой никак не хочет прилипать, но потом схватывается и очень хорошо и равномерно держится. Повторюсь, не надо сразу много жидкого металла, нужно выдавить крохотную каплю и «залудить» необходимую поверхность. Примерно на глаз прикидывая в каком месте радиатор будет как раз над кристаллом процессора. А дальше при необходимости можно чуть добавить в центр. Но не нужно наносить толстый слой, иначе жидкий металл просто выдавится каплями наружу. И хорошо если попадет на нашу жидкую резину, а не куда-то дальше.
И точно также размазал поверхность CPU. Соединил смазанные части бутерброда и собрал все обратно как было.
Уже хорошо. Но нет, самое интересное оказалось дальше.
Я конечно ожидал улучшения, но без особых иллюзий. Ну максимум на 10-15 градусов улучшения расчитывал. Однако, как говорится, фото заменит тысячу слов:
Средняя температура под полной нагрузкой снизилась с ~95 до ~65 градусов. Это целых 30 градусов разницы. И абсолютно никакого троттлинга.
Спустя несколько дней использования, могу сказать что процессор конечно выделять тепла меньше не стал. Он как жарил так и жарит, но тепло его теперь гораздо быстрей отводится и больше нет и намека на перегрев.
Выводы
Действительно ли есть толк от жидкого металла — есть, еще и какой.
Действительно ли так сложно и страшно его наносить — как по мне так слишком преувеличивают.
В общем, однозначно рекомендую всем.
Буду позже еще экспериментировать с разными другими процессорами и возможно на видеокарте испробую.
Читайте также: