上海
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哈嘍，大家好，小林哥這篇經(jīng)濟(jì)評(píng)論分析手掌能熔化的金屬：被航空業(yè)拉黑，卻撐起半個(gè)科技圈,把一小塊金屬放在手心,不用火烤，也不用通電，就靠37℃的體溫，幾分鐘后它就會(huì)慢慢變成液態(tài),這種神奇的金屬，關(guān)鍵是無(wú)毒無(wú)害，日常接觸完全沒(méi)問(wèn)題,今天小林哥就帶大家來(lái)探秘這背后的神奇現(xiàn)象。
掌心熔金的奇跡：航空巨頭的“終身禁令”
名字聽(tīng)起來(lái)平平無(wú)奇的——鎵。卻被NASA、波音這些航空巨頭拉進(jìn)了終身黑名單，飛機(jī)上任何一個(gè)部件，哪怕是一顆小小的螺絲，都嚴(yán)禁沾染它分毫，它并不是什么稀有劇毒的物質(zhì)。
說(shuō)出來(lái)大家可能不信，鎵和鋁堪稱“天生死對(duì)頭”，早在上世紀(jì)90年代，美國(guó)就有過(guò)一則相關(guān)的行業(yè)新聞，某航空維修廠的工人，誤將含有微量鎵的工具接觸到了飛機(jī)的鋁制蒙皮。
當(dāng)時(shí)沒(méi)人當(dāng)回事，可沒(méi)過(guò)幾天，蒙皮表面就出現(xiàn)了密密麻麻的裂紋，后續(xù)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，正是鎵的存在讓鋁合金結(jié)構(gòu)發(fā)生了脆化，差點(diǎn)釀成嚴(yán)重的飛行事故，從那以后，全球航空業(yè)都對(duì)鎵下達(dá)了“逐客令”。
或許有人覺(jué)得這是小題大做，但航空安全從來(lái)都是差之毫厘謬以千里，波音公司在其官方安全手冊(cè)中明確標(biāo)注，鎵及含鎵化合物屬于航空維修的“一級(jí)禁忌物”，違規(guī)接觸將面臨嚴(yán)厲的追責(zé)。
畢竟飛機(jī)機(jī)身、發(fā)動(dòng)機(jī)等核心部件，全靠鋁合金來(lái)實(shí)現(xiàn)減重又抗壓的效果，一旦沾染上鎵，哪怕只有指甲蓋大小的量，內(nèi)部結(jié)構(gòu)也會(huì)慢慢脆化，飛行中很可能出現(xiàn)部件斷裂的情況，后果不堪設(shè)想。
科學(xué)預(yù)言成真：從周期表空白到“金屬破壞者”
鎵的誕生，本身就藏著一段充滿傳奇色彩的科學(xué)故事，1869年，門捷列夫繪制出第一張?jiān)刂芷诒頃r(shí)，特意在鋁元素下方留了一個(gè)空白格子，他當(dāng)時(shí)就篤定，這個(gè)位置一定藏著一種“類鋁”元素。
門捷列夫甚至精準(zhǔn)預(yù)測(cè)了這種元素的特性：原子量約為68，密度5.9克/立方厘米，還能和鋁形成特殊的合金。在那個(gè)連電子顯微鏡都沒(méi)有的年代，這樣的預(yù)言在很多人看來(lái)都像是天方夜譚。
可科學(xué)的魅力就在于，總有勇敢者會(huì)去驗(yàn)證未知，六年后的1875年，法國(guó)化學(xué)家布瓦博德朗從閃星礦中，成功提取出了這種銀白色的金屬，他給這種新元素命名為“鎵”，以此致敬自己的祖國(guó)法國(guó)。
鎵的破壞力，是在一次意外中被發(fā)現(xiàn)的，布瓦博德朗提取出少量鎵后，不小心將一滴液態(tài)鎵滴在了自己常用的鋁制實(shí)驗(yàn)臺(tái)上，他當(dāng)時(shí)沒(méi)太在意，轉(zhuǎn)身去處理其他實(shí)驗(yàn)樣品。
等他回頭再看時(shí)，原本堅(jiān)硬的鋁合金臺(tái)面，竟然出現(xiàn)了一小片凹陷，用手輕輕一按，那部分鋁合金直接碎成了粉末，這一幕讓布瓦博德朗又驚又喜，他立刻意識(shí)到，自己的發(fā)現(xiàn)印證了門捷列夫的預(yù)言。
后來(lái)有人專門做過(guò)類似的實(shí)驗(yàn)，拿一個(gè)普通的鋁制易拉罐，先打磨掉表面的氧化膜，再滴入幾滴液態(tài)鎵，不到十分鐘，罐底就被直接溶出了一個(gè)小洞，用手一捏整個(gè)易拉罐就癟了下去。
更讓人驚訝的是，要是把鎵滴進(jìn)鋁制鎖芯里，不出半小時(shí)，原本堅(jiān)固的鎖芯就會(huì)變得異常脆弱，徒手就能掰開(kāi)，2021年，有科普博主就做過(guò)這個(gè)實(shí)驗(yàn)，一經(jīng)發(fā)布就引發(fā)了熱議，大家都沒(méi)想到這種金屬的“破壞力”這么強(qiáng)。
鎵還有個(gè)特別的小脾氣，它雖然外形酷似水銀，卻絕對(duì)不能用玻璃瓶存放，曾有化學(xué)實(shí)驗(yàn)室因?yàn)槭韬?，用玻璃瓶?jī)?chǔ)存了少量固態(tài)鎵，結(jié)果到了冬天，鎵凝固后體積膨脹，直接把玻璃瓶撐破了，里面的液體灑了一地。
原來(lái)鎵凝固時(shí)體積會(huì)膨脹約3.1%，它會(huì)牢牢粘附在玻璃內(nèi)壁上，膨脹產(chǎn)生的力量足以將玻璃瓶撐裂，現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)室里儲(chǔ)存鎵，都會(huì)用塑料或者陶瓷容器，就是為了避免這種情況發(fā)生。
很多人都好奇，能被握在手心的鎵，為啥會(huì)對(duì)鋁有這么大的“殺傷力”？其實(shí)答案沒(méi)那么復(fù)雜，關(guān)鍵就在于鎵的熔點(diǎn)，它的熔點(diǎn)僅為29.76℃，常溫下就能保持液態(tài)，這在金屬中可是相當(dāng)罕見(jiàn)的。
液態(tài)鎵的原子排列特別分散，遇到鋁這類金屬時(shí)，就會(huì)像“間諜”一樣，順著金屬原子間的縫隙悄悄滲透進(jìn)去，它不會(huì)和鋁發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，而是會(huì)和鋁形成一種低熔點(diǎn)的合金。
這種合金會(huì)把原本緊密排布的鋁原子徹底攪亂瓦解，就像在整齊的積木堆里，強(qiáng)行塞進(jìn)幾個(gè)異形塊，再堅(jiān)固的結(jié)構(gòu)也會(huì)變得松松垮垮，這種現(xiàn)象在科學(xué)界被稱為“液態(tài)金屬脆化”，也是鎵能“輕松搞定”鋁的核心原因。
雙面金屬的逆襲：從航空禁區(qū)到科技剛需
可能有人會(huì)覺(jué)得，鎵這么“能搞破壞”，又是航空業(yè)的禁忌，肯定沒(méi)什么大用處，但事實(shí)恰恰相反，這種看似“危險(xiǎn)”的金屬，早已成為科技領(lǐng)域的“香餑餑”，大家的日常生活根本離不開(kāi)它。
鎵的半導(dǎo)體特性堪稱科技剛需，尤其是它的化合物氮化鎵，更是被譽(yù)為“第三代半導(dǎo)體材料的核心”，大家現(xiàn)在用的手機(jī)，之所以能實(shí)現(xiàn)高速的5G信號(hào)傳輸，背后就有氮化鎵的功勞。
2020年，華為發(fā)布的一款5G手機(jī)，就采用了基于氮化鎵的射頻芯片，這款芯片不僅讓手機(jī)的信號(hào)接收能力更強(qiáng)，還降低了功耗，延長(zhǎng)了續(xù)航時(shí)間，當(dāng)時(shí)這一技術(shù)還引發(fā)了行業(yè)內(nèi)的廣泛關(guān)注。
除了手機(jī)，大家熟悉的“充電5分鐘，通話兩小時(shí)”的快充頭，核心材料也是氮化鎵，傳統(tǒng)的快充頭用的是硅基材料，體積大、發(fā)熱嚴(yán)重，而氮化鎵快充頭不僅體積小巧，充電效率還更高，發(fā)熱也更少。
2022年，某家電企業(yè)發(fā)布的氮化鎵快充頭，銷量短短一個(gè)月就突破了100萬(wàn)臺(tái)，不少消費(fèi)者反饋，這種快充頭不僅充電快，還特別安全，再也不用擔(dān)心充電時(shí)設(shè)備過(guò)熱的問(wèn)題了。
在新能源領(lǐng)域，鎵也發(fā)揮著重要作用，現(xiàn)在很多新能源汽車的充電樁，都采用了氮化鎵功率器件，這些器件能提高充電樁的充電效率，縮短充電時(shí)間，還能降低充電樁的體積和重量，讓充電更加便捷。
據(jù)行業(yè)報(bào)道，采用氮化鎵器件的充電樁，充電效率能達(dá)到96%以上，比傳統(tǒng)充電樁高出不少，隨著新能源汽車的普及，鎵的市場(chǎng)需求也在不斷增加，未來(lái)發(fā)展前景十分廣闊。
在航天領(lǐng)域，雖然鎵不能直接用于飛機(jī)部件，但它的化合物卻在衛(wèi)星通信中有著廣泛應(yīng)用，衛(wèi)星上的很多半導(dǎo)體器件，都采用了氮化鎵材料，這種材料能在惡劣的太空環(huán)境中穩(wěn)定工作，保障衛(wèi)星的正常運(yùn)行。
每一種看似平凡的物質(zhì)，都可能隱藏著巨大的能量，只要我們保持好奇心，勇于探索，善于發(fā)現(xiàn)，就能讓這些物質(zhì)為人類的發(fā)展貢獻(xiàn)力量，這就是科學(xué)最動(dòng)人的地方。
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