Re: [問卦] 液態金屬是液態的嗎?

[jay7777777 (jay7777777)]

※ 引述《ReallyWayne (Wayne)》之銘言：
: 標題: [問卦] 液態金屬是液態的嗎?
: 時間: Thu Jun 25 22:22:24 2015
:
: 聽說以後的iPhone以後會用液態金屬，
:
: 小魯文組的，對金屬不是很懂，
:
: 不過既然寫液態，應該就是摸起來水水的，
:
: 雖然不知道這個液態金屬為什麼不會滴到地上，
:
: 不過想到以後的iPhone摸起來水水的，就覺得超潮的，
:
: 液態金屬應該是摸起來水水的會流動的液態吧?

您好 板上常說材料系 材料科學過氣了 不過這個議題應該還是材料系的強者我同學來說明
大家會比較清楚 他就是化學化工物理機械礦冶 什麼都學一點但都不精

首先 液態金屬(liquidmetal)這個詞不太好 很容易把大眾導向液體的金屬或是液晶 所以
建議改用金屬玻璃(glassy metal) 或非晶型金屬(amorphous metal)

以下先討論推文的幾個觀點
: 推 blueseaman: 汞 就是

是的 水銀是唯一常溫常壓下呈現液態的金屬                                              06/25 22:22

: 推 dramapop: 玻璃不是也算液態嗎

玻璃是混合物並非純物質,並且,是的,玻璃是黏滯性超高的液體 所以有些四五十年的國小
教室的窗戶會呈現上薄下厚的情況                                    06/25 22:24

一個物體是什麼體看他有沒有穩定的鍵結就知道

結晶固體會像大賣場的罐頭塔 原子一個疊一個(不考慮defect的情況) 金屬最少最少前後
左右上下可以跟六個朋友連結(simple cubic) 當然也可以更多(BCC FCC等等)

當然 最外層的原子沒有那麼多鍵可以結,因此他們能量(介面能/自由能)高,喜歡找外面的
原子鍵結 所以會氧化之類的

非晶固體的情況則是原子像肥宅的家裡的東西,隨便亂丟亂放 毫無規則,也因為如此他的
自由能比較高 容易加個熱就變回結晶)

液體則像傾倒的橘子貨車般 橘子滾來滾去 每顆橘子周圍最近的橘子數量是不固定的(但是
可以用平均的方式計算)
另外液體可以像攀岩那樣多點不動一點動的方式 慢慢打斷舊鍵結 生成新鍵結 來移動
巨觀看來就出現了流動性
另外,如果硬要說的話 液體比較接近固體而非氣體,因為液體仍保有將近80%的鍵結

氣體則幾乎沒有鍵結,畢竟大家彼此之間離太遠了,要見面幾乎是不可能的,就算偶而撞到
也會馬上彈開

: → HamalAri: 玻璃在固相和液相間有一溫度區域有特殊變化但並不算液態  06/25 22:28

大部分人都知道物質有固液氣三態 不過隨著近代科學發展 有更多以前認為屬於三態的東
西 其物理性質跟三態有很大不同 所以後來就獨立分出來 像是:
把氣體加溫加壓到一定程度->電漿態
高分子呈現有規則的捲曲,折疊,堆疊->液晶態
玻璃(雜亂無章的堆疊)->玻璃態(or amorphous material非晶型的材料) 等等

: 推 porten812: 老玻璃轉換溫度                                       06/25 22:29

當一個熱固體或液體慢慢冷卻時 原子有時間慢慢堆疊穩定 像排積木那樣 堆出有規則的結
構 像教室的桌椅一樣整齊 這時微觀結構上就是結晶

但是當急速冷卻的時候 原子沒時間慢慢排 就像玩大風吹那樣 大家隨便找位子做 連椅子
都被撞歪 甚至賴皮一點的就三個人坐兩張椅子 這時微觀結構上就是非晶

而決定是結晶還是非晶的因素很多,最重要的兩個:
元素本性:金屬就是很難形成非晶(要600C/s以上)/玻璃(明明也有金屬)或部分非金屬卻放
空氣冷卻(5C/s之類)就可以形成

冷卻速度:越快越好
Tg(glass transition temperature):在某個冷卻速率下 產生固定比例非晶(好像60%,忘了
)的溫度
比如說:把鋁從1000度以每秒600度的速率冷卻,再500度這個刻度時產生60%的非晶
那al 再1000C/s 的Tg就是500 (當然包含600C/s在內的數字都是我亂掰的)
所以談論Tg的時候 最好也把冷卻速率標出來

: → piolet: 唉鳳要用非晶質好像從4或5就有傳言了                      06/25 22:30

是的,可是做金屬玻璃門檻很高 也有很多knowhow
一般廠商不是做不出來 就是成本太高 或是做出來可是無法量產
所以是很潮但是很小眾的工法

關於amorphous material的各種性質 google都有
但我認為不包含高延展性 非晶超脆的 很難加工
非晶的東西又硬又脆 工具機的耗損率很高 而且也不好再熱處理 算是不好加工的金屬

: 推 Nordheim: 其實液態金屬的定義是低熔點的金屬啦                    06/25 22:39

完全不是這樣的

: 噓 h73o1012: 無晶粒                                                06/25 22:39

是的,這要講到結晶更深的學問
雖然結晶固體像罐頭塔般堆疊 可是並非整塊固體都只由一個塔構成(大部分是這樣啦 例外
的叫做單晶single crystal 半導體業就要用到) 如果由巨觀到微觀來比喻大概是這樣:
肉眼->一塊金屬 ,2000x光學顯微鏡->好多塊大小形狀各不相同的馬鈴薯擠在一起
10Wx電顯->每顆馬鈴薯內都有一格一格的整齊排列 好像罐頭塔喔
100Wx電顯->這一顆一顆圓圓的就是原子喔

馬鈴薯叫做晶粒(grain) 各個馬鈴薯的邊界叫做晶界(grain boundary)
馬鈴薯內的格子叫單位晶胞(unit cell),他是一個抽象的分割 裡面裝有1~多個原子
缺陷(defect),泛指各種不完美的排列錯誤,如孔洞 裂縫 錯位 等等
非晶形的材料原子都隨便亂排 根本看不出晶界 所以也就沒有所謂晶粒

另外單晶也不是真的完全無晶界,還是有缺陷 微晶界 微晶粒等 只是相較於一般結晶 真的
是近乎完美了

: 噓 Ommmmmm5566: 玻璃就鉀啊 怎麼不是金屬                            06/25 22:41

您一定是反串的吧

: 推 Xanatos01: 真正的液態金屬是水銀或其他燒熔的金屬啦，iPhone那應   06/25 22:42
: → Xanatos01: 該是翻譯問題，只是物化性特殊的合金而已，液態外殼怎   06/25 22:43

翻譯成金屬玻璃好點

: → kibou: iPhone嘟SIM卡槽那支不就是？                              06/25 23:13

金屬玻璃製作的困難之一就是尺寸問題,越大的東西內外冷卻速度差越多
會變成外面是金屬玻璃 裡面是結晶金屬 這種東西問題多多
介面可能用久會剝離 或是強度太差摔到就分家
導電導熱速度不同 熱膨脹性質不同 抗氧化性不同 加工難度不同等等
什麼都不同 就很難使用 所以金屬玻璃尺寸一直都很小
而且是小到靠杯的那種小 大概都是一個拳頭以內的體積

: 推 bye2007: 小時候玩過水銀 真的是很特別的液體 圓滾滾               06/25 23:2

水銀會經由皮膚吸收 不可碰當然更不可吸

: → lucifer19: 後面說的算是沒錯 但是玻璃指的是相 金屬是物質分類     06/25 23:23
: → lucifer19: 所以金屬玻璃是可以湊在一起的 金屬玻璃充滿自由電子    06/25 23:24
: → lucifer19: 但是在結構上是非晶的狀態

玻璃態才是相(phase),玻璃我也不知道有沒有嚴格的定義,不過一般都是指是以SiO2為主體
的非晶型混合物吧
金屬玻璃還是金屬 自由電子充斥其中 但是金屬玻璃導電性很差 可是導熱性卻不減
是個滿特別的地方(因為導電靠電子 導熱靠聲子(phonon),這部分又更難牽涉到量子物理學
了就不多提)

以上 學藝不精的地方歡迎討論 指教

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※ 發信站: 批踢踢實業坊(ptt.cc), 來自: 61.224.29.21
※ 文章網址: https://www.ptt.cc/bbs/Gossiping/M.1435255630.A.22F.html
→ imruck: 玻璃上厚下薄是方便安裝 玻璃流動性沒這麼好
這個說法也可能是對的 也許是高中老師唬爛我吧 不過玻璃是確實有流動性的
推 yuxiang: 專業神人.......
推 WiFi5566: 金屬系！！！
推 hp99362002: 幹我還以為當個創世神裡面玻璃是液態是一種Bug！
去玻璃工藝館看看實際製作會有更多認識
推 magic1104: 推
→ yujauyuh: 五樓老玻璃
推 z265314x: 推專業
推 HC683150: 專業給推
推 touhou8426: 快推不然別人會以為我們看不懂
→ AnotherSide: 快推不然別人會以為我們看不懂
推 dxxxb: 推
推 jyekid: 你甚麼系?
推 everemember: 您金屬系？
推 lazyming: 液體真的比較接近固體嗎, 那流體怎麼會包含液體跟氣體
只是一種比喻的說法 液體就是液體
推 ogisun: 專業 金屬王
推 gemini2010: 金屬果實?
推 mbsc: 推 以前改考卷有白目大學生grain boundary給我翻五穀邊界
...
推 gaduoray: 你半夜發專業文這樣對嗎
推 Chieen: grain boundary寫五穀邊界XDDDDDDDDDDDD
推 blakedawes12: 玻璃王
推 perry5216: 五穀邊界是三小XDDDDD
推 SEAN0519: 玻璃不是非晶型固體嗎
玻璃同時有固體和液體的特性 不然這樣好了 稱它為無限趨近固體的液體 如何?XD
※ 編輯: jay7777777 (61.224.29.21), 06/26/2015 02:36:24
推 kinomon: 過冷液體
推 clown19x: 太神啦
→ jiern: 你對Tg的解釋是錯誤的
推 killer0911: 就封你為材料王吧
推 facefear: 金屬王!!
→ jiern: 尤其每秒600度的速率冷卻，你要不要再想想是分鐘還是秒？
以改內文 其實我也不知道到底要多快啦 只是想強調真的很快 那其他地方還有錯嗎?
※ 編輯: jay7777777 (61.224.29.21), 06/26/2015 02:39:21
剛剛想了一下 對純金屬而言每秒幾百度的速度應該是低標 有些甚至難到要上萬的(基本上
工廠做不出來) 對合金而言 很多合金組合都被嘗試用來阻礙原子移動和晶界生成 並且利
用多元元素混合火商來降低自由能障礙 所以新開發的合金對冷卻速率的要求比較低
就像超導體那樣 一開始總是比較難 後來多人投入研究後就會比較簡單了
※ 編輯: jay7777777 (61.224.29.21), 06/26/2015 02:48:48
推 hssz: 恩，跟我想得差不多
推 j1300000: 那請教一下，iphone外殼用這種非晶金屬的好處在哪裡呢？
推 a38385588: Tg可以簡單一點說  在升溫時 比容的變化吧
→ jiern: 一秒降6百度這.....你想一下就知道不可能 而且測Tg點冷卻速
1960年，W. Klement (Jr.), Willens 和 Duwez 首次製備觀察到了世界上第一塊金屬玻
璃材料—— (Au75Si25)合金。[1] 早期發現具有玻璃形成能力的合金均是在急速冷卻下
製備（降溫速率在1百萬開爾文每秒, 106 K/s），阻礙結晶過程。 為了達到冷卻速率閾
值，這類材料的形貌在某個維度上要足夠小，典型的如帶狀、箔狀、線狀等，其厚度要小
於100微米。 節錄自wiki
就我的印象,幾百度/s 不用實驗室等級 工廠就可以做了 而且市場上已經買的到
→ a38385588: 如果是結晶的情況 在熔點會有不連續比容變化
→ jiern: 率一點也不重要 材料Tg點幾乎是高於常溫所以是看升溫速度(
→ jiern: 除了少數材料Tg點是負的) 但升溫速度對Tg點溫度準確性影響
→ jiern: 不大 因Tg點只看大概值 另外Tg的解釋你自己翻一下書
好像真的是測升溫耶 因為降溫很難測 測升溫是測非晶什麼時候會變回結晶吧
對金屬來說兩者差異極小  但對高分子來說 升降溫測得的差很多(的樣子,這個我不專業)
少數材料?金屬應該都要到室溫以下吧 您說的高於常溫是不是高分子比較常見?
做科學怎麼能只看大概值呢
推 MasCat: 所以用這種材料除了很潮其他都是缺點 按原po的解釋
→ a38385588: 非晶的話斜率會產生變化 曲線會稍微彎曲 直到融化
→ a38385588: 拿高分子來說就是非晶區在高溫不穩定造成鬆動
推 a38385588: 其實稍微翻一下callister那本就有對tg的解釋了
※ 編輯: jay7777777 (61.224.29.21), 06/26/2015 03:01:00
推 jrsh0906: 推 材料王 材導和物冶都念通了
推 masijacoke85: Eutectic gallium indium 這也算是你說的那種嗎
哪種?
→ rex105: 六態不是除了固液氣 還有電漿 玻-愛凝聚態 費米子凝聚態嗎
這太專業了 我聽不懂
推 narukamis: 我本來要講的，推你幫我省時間
推 Djuda: 你玻璃的觀念錯了 放幾十年的玻璃不會上薄下厚
→ Djuda: 上薄下厚的傳說始於中古時代的玻璃窗戶
推 COOLTARO: 快推不然別人會以為我們看不懂
→ Djuda: 現代去看那些窗戶會上薄下厚的原因 純粹是那時候工藝不純熟
推 ckshchen: 溫度和擴散一樣會有diffusion layer嗎?不然不是看梯度?
→ Djuda: 那些傳說的出現都是導遊已謬傳謬來的
→ Djuda: 工業時代以來到現代的窗戶從來不會上薄下厚
→ Djuda: 更何況是幾十年的老窗戶  根本不可能上薄下厚
推 ilohoo: 玻璃是甲甲，甲甲是玻璃。所以玻璃是鉀=>金屬。我看懂他
→ jiern: 為什麼Tg只看大概值 因為你同樣東西用同台儀器一直重測 數
→ ilohoo: 的邏輯了
→ jiern: 據都會有差異 小則差1度內 大則差2-3度 更別說用不同廠牌
→ jiern: 儀器測Tg的結果
推 Djuda: 最後  玻璃並不是液體  是無晶固體
→ jiern: 每秒降溫6百度 你直接講貴校那台測Tg點的儀器做的到？
這部分我是不清楚 不過我想維基百科說測得到10^6K/s in 1960年 那我想以現在的科技
要做到應該不是難事吧
推 john60508: 錯位，位錯，錯位，位錯~差排
這個我很斟酌用詞耶 講孔洞 裂縫大家都知道是什麼 講差排? 那啥阿 所以改個詞
※ 編輯: jay7777777 (61.224.29.21), 06/26/2015 03:17:38
推 a38385588: 對了 金屬導熱主要靠自由電子
是的 金屬導熱除了靠聲子震動傳遞能量外 還靠自由電子
但是自由電子在晶格內移動較慢 在晶界中移動較快 快好幾個order
所以當談到沒有晶界的非晶金屬時 聲子傳遞的重要性被凸顯了
→ jiern: 之前為了測Tg 為求測試效率能更快直接丟液氮到測試環境內
→ jiern: 降溫 都沒每秒6百度
高分子比較常用LN2冷卻 不過金屬製程用它要很小心 因為氮氣會滲進表面
可能造成你不想要的性質出現
另外 世界上有太多方法可以比用N2更快 舉個例子:google 雷射致冷
推 YWS112: 猛
→ aallan: 講玻璃是液體不專業啦 Tg以下性質都變了
推 nao5566: 專業推！
推 darkcola: TLDR
推 FTICR: 可以教我空間群嗎
對不起 我點群被當了 恐怕無能為力
※ 編輯: jay7777777 (61.224.29.21), 06/26/2015 03:28:20
推 logLCY: 趕快看就可考期末了
推 patrick611: 看成密度會不會更好理解
推 YHWuFY: 推
推 barkingdog: 金屬史萊姆是金屬嗎
推 justicofking: 導電跟導熱是固態物理吧
推 kusou86el: 專業推
推 nzxc: 快推 免得別人說我看不懂
推 shp831: 就是每秒600度沒錯 要看成分
→ shp831: 有些甚至要每秒1000度以上才會形成玻璃態
推 shp831: 當然也有臨界冷卻速率要求不高的成分
推 jealic: 專業推
推 Walia: 長知識推
推 REITA0122: 尊稱你為玻璃王
推 tweence:
推 shadow77727: 推
推 pony666: 液金系
推 ooQQoo: 我有看懂喔 嘿嘿～
用很多比喻的方式就是希望讓從高一就沒在碰物理化學的人 也能體會科學的有趣

推 Dwindfox: 深入淺出 我要xx了～
推 timtdsas: 專業
推 a4891257: 高中學玻璃是過冷液體
推 masterliy: 突然覺得化學肥宅我好像什麼都沒學到
推 Nokogirigaru: 長知識了
推 MAK1831: 材料肥宅路過
推 wayaba: 大推
推 Zeldaman: 蝦尬美賣
推 Kmmmmmmmmmmt: 封你為 玻璃王
推 jaycruise: 邊看邊吐
推 mengjertsai: 我記得玻璃好像又叫流固體?
推 timbao: 太猛ㄌ
推 cloudin: 原來是玻璃王 失敬失敬
→ saiulbb: 材料好猛快回文
推 Zeroyeu: 原來是玻璃王  太神喏~~~
推 DVW: 專業文組小魯我看不懂
推 godpiger5566: 玻璃就鉀阿 XDDDDDDD 笑了 很會很會
推 Refauth: 還五穀邊界哩wwwwwww我看到一定用教鞭把他的五穀覽趴打斷
推 anakinco: 看來我又要複習晶體學了 哭哭
推 IpadWinWater: 太專業了  真是讓我內牛滿面  真‧玻璃王!!!
推 aghgna: M
推 commiserate: 你是 Glassy Iron Man 嗎?
推 bingreen: 看到四分之一就跪了
推 dieaway: 這隻離散金屬怪，經驗值好高
推 RockManX8: 好專業文 推
推 tomwu770926: 推一下
推 FannWang: 專業推
推 deepbluedj: 推
推 DeStory: 金屬王4ni !?
→ mocca000: 關於金屬液態的王者 簡稱金液王
推 drifthouse: 專業
推 qazwsx7825: 所以液態金屬到底好在哪啊?
它有很多有別於普通金屬的特性 不過我想跟手機外殼比較有關的大概就是:
抗磨耗->比較不會刮傷 可是一般金屬鍍個膜就很耐磨啦 有人會拿砂輪機去刮手機嗎
我左想右想想不出個好解釋,所以我想這時候只要說:這樣比較潮 就可以了

推 yoyostar1990: 玻璃就鉀阿 想不出哪裡有錯
噓 xarch: .....這種文也可以被推
推 coldlee: 您金屬系?
推 amethystboy: 搞玻璃的都…
推 Beetch: 封你為老玻璃王(?)
推 hideheat: 整篇都看得懂 書沒有白念了 T_T
推 a30051: photon...
推 a38385588: photon是光子
相較於photon, phonon不是學相關的根本聽都沒聽過吧
phonon就是震動的量子態(就像photon是電磁波的量子態) 這樣解釋一般人應該比較好理解
※ 編輯: jay7777777 (1.165.208.200), 06/26/2015 13:16:29
推 k20014205: 材料魯魯路過
推 Cervelo1995: 以前我家打破溫度計, 後來很久在地上看到一個銀色珠
→ Cervelo1995: 珠, 用手戳都戳不到, 戳著戳著他就不見惹.....這...
推 xxx83221: 材料王!!
推 freezesword: 簡單易懂
推 tfoxboy: 玻璃王
推 terry1020: 玻璃王就是你了
推 sayonala: 推
推 grimmq52156: 長知識啦!!!
推 shianduola: 長知識了  給推
噓 TSbb: .............
→ shianduola: 期待噓的xa大也可以分享一篇優質好文啊 不要只是嘴砲
推 saedn: 還有下一篇嗎!? (敲碗~  很有趣呢!!
推 sank: 推
推 Poke5566: 材料王
推 feanor0709: Cerve不用太擔心 因為汞很容易揮發成劇毒的汞蒸氣
→ feanor0709: 所以不會全部被皮膚吸收 一定有一部分是吸入的
→ richard42: 陽光宅男是宅男嗎?
推 jagger: 玻璃王
推 hsuaaa1: 物理冶金很猛喔！大大教我
推 wallace7073: 專業有趣。發文太少。