Группа исследователей из Техасского университета A&M разработала первый в мире металлический гель.
Этот инновационный гель устойчив к экстремальным температурам и способен изменить подход к хранению энергии. Изначально ученые под руководством профессора материаловедения и инженерии Майкла Демковица и профессора Чарльза Боренштейна занимались изучением психологии металлических сплавов под воздействием высоких температур.
В ходе эксперимента с комбинацией меди и тантала ученые столкнулись с необычным явлением. Когда медь расплавилась при нагревании, тантал остался в твердом состоянии, образовав мелкий каркас. Жидкая медь осталась заключенной в этом каркасе, формируя гелевую структуру, способную удерживать свою форму.
Традиционно гели состоят из органических веществ, которые удерживают жидкость при комнатной температуре. В отличие от них, для создания стабильного металлического геля требуется температура около 1000°C, что зависит от выбранных металлов. Такие гели идеально подходят для систем хранения энергии или для промышленных процессов, которые требуют долговечности и отличной проводимости.
«Ранее о металлических гелях ничего не было известно, вероятно, потому что никто не воспринимал жидкие металлы как способные удерживаться внутренним очень тонким каркасом. Поэтому удивительно, что когда основной компонент — медь — расплавился, она не просто превратилась в лужу, как это бы произошло с чистой медью», — подчеркивает Майкл Демковиц.
Для демонстрации практического применения ученые разработали жидкометаллическую батарею, используя гель в роли электрода. Этот тип аккумуляторов эффективно сохраняет энергию, но их использование ограничено из-за того, что жидкость внутри может перемещаться во время движения, что может вызвать короткое замыкание.
В лабораторном прототипе один из электродов был изготовлен из смеси жидкого кальция и твердого железа, а другой — из жидкого висмута с твердым железом. Погрузив их в расплавленную соль, электроды начали генерировать электричество, сохраняя свою структуру и стабильность.
Результаты исследования продемонстрировали, что металлические гели открывают перспективы для создания портативных аккумуляторов на основе жидких металлов. С помощью высокоразрешающей микрокомпьютерной томографии команда подтвердила, что тантал образует прочный внутренний каркас, который удерживает жидкую медь в микроскопических ячейках.
Хотя тантал и медь могут не подходить для массового использования в аккумуляторах, их уникальные свойства создают возможности для изучения потенциала металлических гелей.
Источники: Техасский университет A&M; Interesting Engineering
