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常温融化对金饰意味着什么

文章来源:皇家赌场网撰写时间:2019-01-24编辑:王亚宏


  基础研究对金饰意味着什么?

  一直以来,黄金饰品行业将注意力剧中在设计、消费周期等方面,在科技上关注的更多是新工艺的改进。事实上科技是第一生产力。一些基础性研究可能在未来对金饰行业产生翻天覆地的影响。

  黄金是热和电的优秀导体,对于金饰制造方来说,黄金的熔点是喜忧参半的事。从好的方面来说,不算非常高但也不是随意可达到的温度,足以在绝大多数情况下保证黄金饰品的稳定性。但这同时也带来技术上的小门槛,让金匠这个古老的行业始终保持小众。

  如果黄金能在常温下熔解,那么对于金饰制造来说,是不是会掀起一场革命呢?起码在实验室里,这场革命已经出现了苗头,瑞典瑞典查尔默斯理工大学的研究人员找到了让黄金表面更容易熔化的方式。

  很多金属都有较高的熔点,达到这一温度会完成从固体到液体的转换,进而为塑形提供方便。一般情况下,高温是让金属分子键断裂最常用手段,而科学家想要让黄金在常温下融化则是选用了通电。

  在一项实验中,查尔默斯物理系的路德维希·德·努普将一小块黄金放在电子显微镜下,观察电场如何影响金原子。他在使用最高放大倍数的同时,逐步增加电场,希翼能看到这如何影响金原子。当研究人员在黄金上施加高电场时,从显微镜拍摄的记录中可以看见,原子发生了一些完全出乎意料的事情:在室温下,金的表面层开始熔化。

  在电场影响下,金原子“兴奋”起来,电场激发了金表层的原子,导致它们突然失去有序结构,破坏它们之间的键,使其脱离原物体,金表面层形成缺陷,所以黄金在室温条件下发生了熔化。不过这种变化是可逆的,当切断电场之后黄金又会再次固化。科学家们观察到黄金最外层的几个原子会出现熔化融化,并可以通过切换电场来控制黄金结构从表面熔化切换回正常状态。

  当研究人员分析数据和录制的视频时,了解到这种现象可能归结为一种理论上的“低维相变”。既然透过电场,黄金有可能在固体和熔融结构间切换,这项最新研究结果可能对黄金材料科学领域具有重大意义,为将来各种应用开辟了新的空间。这一常温熔解的现象提供关于黄金的全新的基本常识,基于可以控制和改变黄金表面原子层的属性,为黄金在工业方面不同的应用打开了大门。例如这项技术可以用于不同类型的传感器、催化剂中,金饰产业无疑也有潜力从应用中受益。

  事实上改变黄金饰品行业的研究不仅来自国外,国内在材料研究方面也有不少进展,比如可以让铜一下“麻雀变凤凰”,具有金银等贵金属类似的属性。与同族的金和银等贵金属相比,非贵金属铜在催化反应中更易失去外围电子,在氧化或加氢等催化反应中常表现出铜零价和一价共存的化学态。在前期探索催化材料制备新方法的研究基础上,研究人员通过高能等离子体流轰击的策略,改变了铜的外围电子结构,使铜表现出了贵金属金和银的特性。

  中国的研究团队利用一股带电的热氩气对一块铜片进行轰击。快速移动的电离粒子将铜原子从目标上炸飞,然后铜原子会在收集装置的表面冷却并凝结,形成一层薄薄的砂子。每一粒砂子的直径只有几纳米,仅相当于细菌大小的千分之一。这种金属薄砂层可以用作催化剂,将煤转化为酒精。煤转化为酒精,这个过程复杂而困难,目前科学上的认知是是只有像金银这样的贵金属才能有效处理该过程。

  铜纳米颗粒在加氢反应中的催化性能与金或银极其相似,虽然目前的应用有限,但之后新材料或许可以在一些因为铜容易被氧化而导致性能变差的反应里做些探索,如取代电子产品中使用的贵金属,从根本上降低制造成本。该工作为调节金属加氢能力,设计贵金属替代的催化剂提供了全新的策略。具体到在饰品领域,虽然科学家们还无法现在就以这种技术批量生产可以替代制作金饰的材料,但可以部分证实这种经过处理的“超级铜”具有抵抗高温、氧化和腐蚀的特性,这些正是珠宝饰品领域的“痛点”所在,如果有进一步突破的话,“超级铜”在饰品领域也有广阔的前景。

  不过所有技术的突破,后转化为新的生产力都有一个艰苦的过程。比如黄金常温融化技术走出实验室,对黄金饰品产业带来普遍影响还需要攻克更多的技术难关,首先是要保证黄金的常温融化是个不可逆的过程,否则的话饰品制造商费尽力气在常温下将黄金加工成精美的金饰,一个不慎成品又再次融化从首饰盒的缝隙中流走了,这样的情景简直是制造商的噩梦。不过好在一般情况下,金饰并不会靠近足以引起变形的强大电场。目前在室温下熔化只能用于几纳米的金块,难以对大块黄金产生影响,因为无法获得足以对黄金原子产生影响所需的电压水平。

  类似的情况也发生在“超级铜”的改造上,一般人很少有条件能去使用高能轰击铜片,这个实验的条件成本本身就要大大高过黄金。当然,随着技术的进步,实验成本可能会大幅下降,这就为超级材料从实验室走出,进入金饰制造商手中创造了条件。就目前而言,对于那些想在没有电子显微镜的情况下熔化黄金的人来说,去打造金饰的金匠那里拜访一下仍是个现实的选择。

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