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材料學(xué)霸教你如何解決終結(jié)者

發(fā)布日期:2019-11-08

最近終結(jié)者上映了,竟然已經(jīng)到第六部了,在回憶州長(zhǎng)的威武霸氣和感嘆青春不再時(shí),突然又回想起小時(shí)候一直在思考的問(wèn)題,假如真的有終結(jié)者穿越過(guò)來(lái)了,作為一個(gè)普通人,我要怎么解決他?

 

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雖然電影里的終結(jié)者來(lái)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(jiǎn)陋,只是負(fù)有血肉的機(jī)械骨架人,還得去市場(chǎng)上買(mǎi)武器,最后死在液壓機(jī)下。在我國(guó)這個(gè)治安條件下,能買(mǎi)到一把管制刀具就算不錯(cuò)了,想來(lái)普通人開(kāi)車(chē)多撞幾次,也就解決他了。

 

第二代T1000可就厲害了,是由液態(tài)金屬制造,并可在液體與固體間任意變換,還可將肢體變?yōu)榧獾?。看著挺科幻的是吧,但現(xiàn)實(shí)中我國(guó)科研學(xué)者已經(jīng)慢慢接近電影中這個(gè)科幻。

 

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去年9月份,哈爾濱工業(yè)大學(xué)焊接與連接國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和微納米技術(shù)研究中心的郭斌教授、賀強(qiáng)教授團(tuán)隊(duì)在《ACS NANO》發(fā)表名為“Shape-Transformable, Fusible Rodlike Swimming Liquid Metal Nanomachine(可變形、可融合的棒狀液態(tài)金屬游動(dòng)納米機(jī)器)”的研究文章。郭斌教授、賀強(qiáng)教授團(tuán)隊(duì)以金屬鎵為原料,首次使用納米孔模板塑性成形法獲得了具有不對(duì)稱結(jié)構(gòu)的棒狀液態(tài)金屬鎵納米機(jī)器人。

 

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金屬鎵的熔點(diǎn)是29.8℃,其合金的熔點(diǎn)比其純金屬的熔點(diǎn)更低,因此其合金在室溫下呈液態(tài)。液態(tài)金屬鎵和其合金具有低熔點(diǎn)、高沸點(diǎn)、低黏度、生物相容性及金屬材料的常規(guī)物理性能等特性。因此郭斌教授、賀強(qiáng)教授團(tuán)隊(duì)以此展開(kāi)研究,試圖將其應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)、柔性電子設(shè)備等領(lǐng)域。郭斌教授、賀強(qiáng)教授團(tuán)隊(duì)研發(fā)的這款納米機(jī)器人的長(zhǎng)度和直徑具有可控性,最小直徑可達(dá)到200nm,同時(shí)液態(tài)金屬納米機(jī)器人呈核層結(jié)構(gòu),核內(nèi)的是金屬鎵,核外的殼層為氧化鎵層狀結(jié)構(gòu)。

 

今年2月份,中國(guó)科學(xué)院理化技術(shù)研究所和清華大學(xué)醫(yī)學(xué)院的劉靜教授團(tuán)隊(duì)在《ACS Applied Materials and Interfaces》發(fā)表名為“Magnetic Liquid Metals Manipulated in the Three-Dimensional Free Space”的研究文章。劉靜教授團(tuán)隊(duì)介紹了一種磁性液態(tài)金屬滴,自由空間中可以在水平和垂直方向上進(jìn)行大規(guī)模拉伸,如下面的視頻所示。這種拉伸能力是可逆的、持久的并且可以重復(fù)多次。

 

劉靜教授團(tuán)隊(duì)與郭斌教授、賀強(qiáng)教授團(tuán)隊(duì)的相同點(diǎn)都是依靠鎵金屬以及合金的優(yōu)秀特性,不同的是劉靜教授團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)在電解液中的鎵基液態(tài)合金通過(guò)“捕捉”鋁金屬作為燃料提供能量實(shí)現(xiàn)高速、高效率的長(zhǎng)久運(yùn)轉(zhuǎn),達(dá)到一片鋁驅(qū)動(dòng)直徑約5 mm的液態(tài)金屬球維持長(zhǎng)達(dá)超過(guò)1小時(shí)的持續(xù)運(yùn)動(dòng)的效果。劉靜教授團(tuán)隊(duì)依據(jù)這些理論和原理已經(jīng)制成了幾十微米到幾厘米不等大小的液態(tài)金屬機(jī)器人。該機(jī)器人可隨管道的寬窄自行作出變形調(diào)整,遇到拐彎時(shí)還會(huì)“停下腳步”,“略作思索”后繼續(xù)行進(jìn),整個(gè)過(guò)程正如科幻電影《終結(jié)者》中的智能機(jī)器人。

 

介紹了這么多的液體金屬機(jī)器人,怎樣才能夠解決他呢?從上面的文章介紹中可以知道,液體金屬機(jī)器人的基礎(chǔ)材料是鎵金屬及其合金材料,是熔點(diǎn)相對(duì)較低的、較軟的金屬及其合金,在高溫環(huán)境中,會(huì)發(fā)生一系列的物理、化學(xué)反應(yīng)。在物理變化中,經(jīng)過(guò)高溫處理,鎵金屬及其合金會(huì)發(fā)生汽化作用,會(huì)隨著風(fēng)飄散到空氣中,無(wú)影無(wú)蹤。在化學(xué)變化中,經(jīng)過(guò)非密封的高溫環(huán)境處理,鎵及其合金會(huì)發(fā)生氧化還原等復(fù)雜的化學(xué)變化,消耗空氣中的氧氣并生成其他化學(xué)物質(zhì),液態(tài)金屬機(jī)器人的基礎(chǔ)材料發(fā)生質(zhì)的改變,其形態(tài)和性質(zhì)都會(huì)變化,轉(zhuǎn)變?yōu)橐欢?ldquo;廢鐵”,即便是2029年的科技,液態(tài)金屬的主要成分可能不再是鎵合金,但依舊逃不出液態(tài)合金的物理、化學(xué)規(guī)律。所以,我們可以制造高溫環(huán)境徹底解決他。

 

如果我們想獲得高溫環(huán)境,其中一個(gè)方法就是使用鋁熱劑。理工科的小伙伴都聽(tīng)說(shuō)過(guò)鋁熱劑,其在反應(yīng)過(guò)程中會(huì)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(zhì)量比例配成混合物,使用引燃劑如鎂條點(diǎn)燃后,反應(yīng)非常的猛烈,瞬間釋放出大量的熱,溫度可瞬間超過(guò)3000℃,足以融化液態(tài)金屬機(jī)器人,甚至鋼筋混凝土也瞬間融化,灰飛煙滅了。這就是法國(guó)科學(xué)家戈?duì)柺┟滋赜?895年發(fā)明的鋁熱反應(yīng)。

 

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如果覺(jué)得鋁熱反應(yīng)產(chǎn)生的溫度不夠保險(xiǎn),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(jī)理不同,溫壓彈是一類(lèi)航空燃料空氣炸彈,除了填充常規(guī)炸彈必備的炸藥如TNT外,還裝有鎂、鋁、鈦等各類(lèi)金屬粉末及硅等非金屬粉末。溫壓彈將兩次爆炸過(guò)程合二為一,在發(fā)生爆炸時(shí)填充的這些粉末狀物質(zhì),會(huì)在爆炸的高熱狀態(tài)下快速燃燒釋放大量熱量,產(chǎn)生溫度高達(dá)1300-1500℃的大火球,且在極短的時(shí)間內(nèi)消耗大量的氧氣使得周?chē)諝庑纬山跽婵盏臓顟B(tài),同時(shí)釋放有毒氣體。

 

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以上所說(shuō)的方法都是工業(yè)或軍事上制造高溫環(huán)境的做法,作為普通人的我們,有沒(méi)有辦法制造高溫環(huán)境呢?不是很困難,只需要把他騙到我們生活中經(jīng)常使用的加熱爐等設(shè)備中,可以提供超過(guò)1000℃的溫度環(huán)境。在這個(gè)環(huán)境中,機(jī)器人早已是一灘“爛泥”。此時(shí),朝液態(tài)金屬機(jī)器人扔一把沙子并瞬間降低溫度至熔點(diǎn)以下,液態(tài)金屬機(jī)器人會(huì)凝固形成固態(tài)金屬機(jī)器人,同時(shí)在凝固的過(guò)程中會(huì)形成砂眼。 我們?yōu)槭裁匆欢ㄒ右话焉匙印?/span>

 

砂眼作為鑄造材料中不可避免的缺陷,是困擾鑄造行業(yè)的一大難題,但是能夠幫助我們解決終結(jié)者的關(guān)鍵。所謂砂眼是指在鑄件的表面或者內(nèi)部含有的包含著砂粒的孔穴,根據(jù)其位置的不同,可分為表面砂眼和內(nèi)部砂眼。砂眼的產(chǎn)生原因是多方面的,主要有溫度太高、澆鑄速度太快卷入沙粒;砂型強(qiáng)度不夠,外力作用引起脫落;從澆道或者冒口等開(kāi)放環(huán)境處入侵了沙粒等方面。

 

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砂眼的存在會(huì)影響鑄造材料的使用性能。表面砂眼影響材料的光滑度和表面形貌,肉眼可以直接看到這種缺陷,使用前可以直接鑒別,不會(huì)造成大的損失。難點(diǎn)在于內(nèi)部砂眼,他的存在會(huì)使得鑄造材料不是一個(gè)均勻、整體的結(jié)構(gòu)。各個(gè)部分承受的作用力強(qiáng)度不同,有效承載面積降低,存在強(qiáng)度降低、鑄件滲漏等問(wèn)題,降低鑄件材料的質(zhì)量和使用壽命。這樣的鑄件材料,在受到較大的作用力時(shí),易發(fā)生斷裂。再加上內(nèi)部砂眼位于鑄件內(nèi)部,肉眼無(wú)法鑒別,常規(guī)手段也無(wú)法檢測(cè),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(tài)金屬機(jī)器人的結(jié)構(gòu),使得他從“純”金屬機(jī)器人變成含有“雜質(zhì)”的機(jī)器人,這樣他變換肢體形成的尖刀對(duì)人類(lèi)的危害就降到最低,等著警察把他接走。

 

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正如州長(zhǎng)在電影中并沒(méi)有再次帶上墨鏡,“我不會(huì)再回來(lái)了”!

 

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