Жидкие металлы

ЖИДКИЕ МЕТАЛЛЫ, непрозрачные жидкости, обладающие большими значениями теплопроводности и электропроводности (σ≥5·10⁵ Ом^-1м^-1), а также другими свойствами, характерными для твёрдых металлов. К жидким металлам относятся расплавы металлов, сплавов металлов, а также ряда интерметаллических соединений. Некоторые полуметаллы и полупроводники в жидком состоянии превращаются в типичные металлы: одни (например, Ge, Si, GaSb) - сразу после плавления, другие (например, PbTe, PbSe, ZnSb) - при нагревании выше температуры плавления Т_ПЛ. Некоторые неметаллы (Р, С, В) становятся жидкими металлами при высоких давлениях. При атмосферном давлении и комнатной температуре жидким металлом является только ртуть (Т_пл = -38,8 °С).

Жидкие металлы по таким свойствам, как вязкость, поверхностное натяжение и способность к диффузии, сходны с другими жидкостями, но в то же время резко отличаются от них значительно большими теплопроводностью, электропроводностью, способностью отражать электромагнитные волны, а также меньшей сжимаемостью. По этим свойствам жидкие металлы близки к твёрдым металлам. Как и в твёрдых металлах, носители заряда в жидких металлах - электроны. Для чистых металлов электропроводность при плавлении уменьшается примерно вдвое и при дальнейшем нагревании убывает линейно с ростом температуры. Исключение составляют жидкие Fe, Со, Ni. Термо-эдс скачкообразно меняется при плавлении, для многих жидких металлов она является линейной функцией температуры. Постоянная Холла (смотри Холла эффект) для жидких металлов отрицательна и близка к значениям, предсказываемым моделью свободных электронов (смотри Друде теория). При плавлении металлов теплопроводность изменяется аналогично электропроводности. Большую часть теплового потока в жидких металлах переносят свободные электроны, а решёточная (фононная) теплопроводность мала. Количественная оценка электро- и теплопроводности жидких металлов затруднена, так как теория кинетических электронных процессов в жидкостях имеет качественный характер и ещё не завершена.

В некоторых жидких металлах значительная теплопроводность сочетается с высокой теплоёмкостью, что позволяет использовать их в теплотехнике в качестве теплоносителей. Например, жидкие Na и К и их сплавы применяются для отвода теплоты в ядерных реакторах; Ga и сплавы Ga-In обладают достаточно низкими Т_пл и применяются в качестве вакуумных затворов при получении высокого вакуума.

Лит.: Ашкрофт Н. Жидкие металлы // Успехи физических наук. 1970. Т. 101. Вып. 3; Регель А. Р., Глазов В. М. Физические свойства электронных расплавов. М., 1980.