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    材料學霸教你如何解決終結者

    發布日期:2019-11-08

    最近終結者上映了,竟然已經到第六部了,在回憶州長的威武霸氣和感歎青春不再時,突然又回想起小時候一直在思考的問題,假如真的有終結者穿越過來了,作為一個普通人,我要怎麽解決他?

     

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    雖然電影裏的終結者來自2029年,但不代表2019年的科技就不能解決他!

     

    第一代T800比較簡陋,隻是負有血肉的機械骨架人,還得去市場上買武器,最後死在液壓機下。在我國這個治安條件下,能買到一把管製刀具就算不錯了,想來普通人開車多撞幾次,也就解決他了。

     

    第二代T1000可就厲害了,是由液態金屬製造,並可在液體與固體間任意變換,還可將肢體變為尖刀。看著挺科幻的是吧,但現實中我國科研學者已經慢慢接近電影中這個科幻。

     

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    去年9月份,哈爾濱工業大學焊接與連接國家重點實驗室和微納米技術研究中心的郭斌教授、賀強教授團隊在《ACS NANO》發表名為“Shape-Transformable, Fusible Rodlike Swimming Liquid Metal Nanomachine(可變形、可融合的棒狀液態金屬遊動納米機器)”的研究文章。郭斌教授、賀強教授團隊以金屬镓為原料,首次使用納米孔模板塑性成形法獲得了具有不對稱結構的棒狀液態金屬镓納米機器人。

     

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    金屬镓的熔點是29.8℃,其合金的熔點比其純金屬的熔點更低,因此其合金在室溫下呈液態。液態金屬镓和其合金具有低熔點、高沸點、低黏度、生物相容性及金屬材料的常規物理性能等特性。因此郭斌教授、賀強教授團隊以此展開研究,試圖將其應用於生物醫學、柔性電子設備等領域。郭斌教授、賀強教授團隊研發的這款納米機器人的長度和直徑具有可控性,最小直徑可達到200nm,同時液態金屬納米機器人呈核層結構,核內的是金屬镓,核外的殼層為氧化镓層狀結構。

     

    今年2月份,中國科學院理化技術研究所和清華大學醫學院的劉靜教授團隊在《ACS Applied Materials and Interfaces》發表名為“Magnetic Liquid Metals Manipulated in the Three-Dimensional Free Space”的研究文章。劉靜教授團隊介紹了一種磁性液態金屬滴,自由空間中可以在水平和垂直方向上進行大規模拉伸,如下麵的視頻所示。這種拉伸能力是可逆的、持久的並且可以重複多次。

     

    劉靜教授團隊與郭斌教授、賀強教授團隊的相同點都是依靠镓金屬以及合金的優秀特性,不同的是劉靜教授團隊發現在電解液中的镓基液態合金通過“捕捉”鋁金屬作為燃料提供能量實現高速、高效率的長久運轉,達到一片鋁驅動直徑約5 mm的液態金屬球維持長達超過1小時的持續運動的效果。劉靜教授團隊依據這些理論和原理已經製成了幾十微米到幾厘米不等大小的液態金屬機器人。該機器人可隨管道的寬窄自行作出變形調整,遇到拐彎時還會“停下腳步”,“略作思索”後繼續行進,整個過程正如科幻電影《終結者》中的智能機器人。

     

    介紹了這麽多的液體金屬機器人,怎樣才能夠解決他呢?從上麵的文章介紹中可以知道,液體金屬機器人的基礎材料是镓金屬及其合金材料,是熔點相對較低的、較軟的金屬及其合金,在高溫環境中,會發生一係列的物理、化學反應。在物理變化中,經過高溫處理,镓金屬及其合金會發生汽化作用,會隨著風飄散到空氣中,無影無蹤。在化學變化中,經過非密封的高溫環境處理,镓及其合金會發生氧化還原等複雜的化學變化,消耗空氣中的氧氣並生成其他化學物質,液態金屬機器人的基礎材料發生質的改變,其形態和性質都會變化,轉變為一堆“廢鐵”,即便是2029年的科技,液態金屬的主要成分可能不再是镓合金,但依舊逃不出液態合金的物理、化學規律。所以,我們可以製造高溫環境徹底解決他。

     

    如果我們想獲得高溫環境,其中一個方法就是使用鋁熱劑。理工科的小夥伴都聽說過鋁熱劑,其在反應過程中會釋放大量的熱量。鋁熱劑是把金屬鋁粉和某些金屬氧化物混合,最常用的是三氧化二鐵粉末。按照一定的質量比例配成混合物,使用引燃劑如鎂條點燃後,反應非常的猛烈,瞬間釋放出大量的熱,溫度可瞬間超過3000℃,足以融化液態金屬機器人,甚至鋼筋混凝土也瞬間融化,灰飛煙滅了。這就是法國科學家戈爾施米特於1895年發明的鋁熱反應。

     

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    如果覺得鋁熱反應產生的溫度不夠保險,想再增加一重安全保障,放心,我們的軍方還可以使用溫壓彈。與其他炸彈的機理不同,溫壓彈是一類航空燃料空氣炸彈,除了填充常規炸彈必備的炸藥如TNT外,還裝有鎂、鋁、鈦等各類金屬粉末及矽等非金屬粉末。溫壓彈將兩次爆炸過程合二為一,在發生爆炸時填充的這些粉末狀物質,會在爆炸的高熱狀態下快速燃燒釋放大量熱量,產生溫度高達1300-1500℃的大火球,且在極短的時間內消耗大量的氧氣使得周圍空氣形成近乎真空的狀態,同時釋放有毒氣體。

     

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    以上所說的方法都是工業或軍事上製造高溫環境的做法,作為普通人的我們,有沒有辦法製造高溫環境呢?不是很困難,隻需要把他騙到我們生活中經常使用的加熱爐等設備中,可以提供超過1000℃的溫度環境。在這個環境中,機器人早已是一灘“爛泥”。此時,朝液態金屬機器人扔一把沙子並瞬間降低溫度至熔點以下,液態金屬機器人會凝固形成固態金屬機器人,同時在凝固的過程中會形成砂眼。 我們為什麽一定要扔一把沙子。

     

    砂眼作為鑄造材料中不可避免的缺陷,是困擾鑄造行業的一大難題,但是能夠幫助我們解決終結者的關鍵。所謂砂眼是指在鑄件的表麵或者內部含有的包含著砂粒的孔穴,根據其位置的不同,可分為表麵砂眼和內部砂眼。砂眼的產生原因是多方麵的,主要有溫度太高、澆鑄速度太快卷入沙粒;砂型強度不夠,外力作用引起脫落;從澆道或者冒口等開放環境處入侵了沙粒等方麵。

     

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    砂眼的存在會影響鑄造材料的使用性能。表麵砂眼影響材料的光滑度和表麵形貌,肉眼可以直接看到這種缺陷,使用前可以直接鑒別,不會造成大的損失。難點在於內部砂眼,他的存在會使得鑄造材料不是一個均勻、整體的結構。各個部分承受的作用力強度不同,有效承載麵積降低,存在強度降低、鑄件滲漏等問題,降低鑄件材料的質量和使用壽命。這樣的鑄件材料,在受到較大的作用力時,易發生斷裂。再加上內部砂眼位於鑄件內部,肉眼無法鑒別,常規手段也無法檢測,使得他的潛在危害增大。

     

    因此,假如生活中遇到了T1000,可以此種方法,改變液態金屬機器人的結構,使得他從“純”金屬機器人變成含有“雜質”的機器人,這樣他變換肢體形成的尖刀對人類的危害就降到最低,等著警察把他接走。

     

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    正如州長在電影中並沒有再次帶上墨鏡,“我不會再回來了”!

     

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