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材料学霸教你如何解决终结者

发布日期:2019-11-08

最近终结者上映了,竟然已经到第六部了,在回忆州长的威武霸气和感叹青春不再时,突然又回想起小时候一直在思考的问题,假如真的有终结者穿越过来了,作为一个普通人,我要怎么解决他?

 

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虽然电影里的终结者来自2029年,但不代表2019年的科技就不能解决他!

 

第一代T800比较简陋,只是负有血肉的机械骨架人,还得去市场上买武器,最后死在液压机下。在我国这个治安条件下,能买到一把管制刀具就算不错了,想来普通人开车多撞几次,也就解决他了。

 

第二代T1000可就厉害了,是由液态金属制造,并可在液体与固体间任意变换,还可将肢体变为尖刀。看着挺科幻的是吧,但现实中我国科研学者已经慢慢接近电影中这个科幻。

 

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去年9月份,哈尔滨工业大学焊接与连接国家重点实验室和微纳米技术研究中心的郭斌教授、贺强教授团队在《ACS NANO》发表名为“Shape-Transformable, Fusible Rodlike Swimming Liquid Metal Nanomachine(可变形、可融合的棒状液态金属游动纳米机器)”的研究文章。郭斌教授、贺强教授团队以金属镓为原料,首次使用纳米孔模板塑性成形法获得了具有不对称结构的棒状液态金属镓纳米机器人。

 

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金属镓的熔点是29.8℃,其合金的熔点比其纯金属的熔点更低,因此其合金在室温下呈液态。液态金属镓和其合金具有低熔点、高沸点、低黏度、生物相容性及金属材料的常规物理性能等特性。因此郭斌教授、贺强教授团队以此展开研究,试图将其应用于生物医学、柔性电子设备等领域。郭斌教授、贺强教授团队研发的这款纳米机器人的长度和直径具有可控性,最小直径可达到200nm,同时液态金属纳米机器人呈核层结构,核内的是金属镓,核外的壳层为氧化镓层状结构。

 

今年2月份,中国科学院理化技术研究所和清华大学医学院的刘静教授团队在《ACS Applied Materials and Interfaces》发表名为“Magnetic Liquid Metals Manipulated in the Three-Dimensional Free Space”的研究文章。刘静教授团队介绍了一种磁性液态金属滴,自由空间中可以在水平和垂直方向上进行大规模拉伸,如下面的视频所示。这种拉伸能力是可逆的、持久的并且可以重复多次。

 

刘静教授团队与郭斌教授、贺强教授团队的相同点都是依靠镓金属以及合金的优秀特性,不同的是刘静教授团队发现在电解液中的镓基液态合金通过“捕捉”铝金属作为燃料提供能量实现高速、高效率的长久运转,达到一片铝驱动直径约5 mm的液态金属球维持长达超过1小时的持续运动的效果。刘静教授团队依据这些理论和原理已经制成了几十微米到几厘米不等大小的液态金属机器人。该机器人可随管道的宽窄自行作出变形调整,遇到拐弯时还会“停下脚步”,“略作思索”后继续行进,整个过程正如科幻电影《终结者》中的智能机器人。

 

介绍了这么多的液体金属机器人,怎样才能够解决他呢?从上面的文章介绍中可以知道,液体金属机器人的基础材料是镓金属及其合金材料,是熔点相对较低的、较软的金属及其合金,在高温环境中,会发生一系列的物理、化学反应。在物理变化中,经过高温处理,镓金属及其合金会发生汽化作用,会随着风飘散到空气中,无影无踪。在化学变化中,经过非密封的高温环境处理,镓及其合金会发生氧化还原等复杂的化学变化,消耗空气中的氧气并生成其他化学物质,液态金属机器人的基础材料发生质的改变,其形态和性质都会变化,转变为一堆“废铁”,即便是2029年的科技,液态金属的主要成分可能不再是镓合金,但依旧逃不出液态合金的物理、化学规律。所以,我们可以制造高温环境彻底解决他。

 

如果我们想获得高温环境,其中一个方法就是使用铝热剂。理工科的小伙伴都听说过铝热剂,其在反应过程中会释放大量的热量。铝热剂是把金属铝粉和某些金属氧化物混合,最常用的是三氧化二铁粉末。按照一定的质量比例配成混合物,使用引燃剂如镁条点燃后,反应非常的猛烈,瞬间释放出大量的热,温度可瞬间超过3000℃,足以融化液态金属机器人,甚至钢筋混凝土也瞬间融化,灰飞烟灭了。这就是法国科学家戈尔施米特于1895年发明的铝热反应。

 

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如果觉得铝热反应产生的温度不够保险,想再增加一重安全保障,放心,我们的军方还可以使用温压弹。与其他炸弹的机理不同,温压弹是一类航空燃料空气炸弹,除了填充常规炸弹必备的炸药如TNT外,还装有镁、铝、钛等各类金属粉末及硅等非金属粉末。温压弹将两次爆炸过程合二为一,在发生爆炸时填充的这些粉末状物质,会在爆炸的高热状态下快速燃烧释放大量热量,产生温度高达1300-1500℃的大火球,且在极短的时间内消耗大量的氧气使得周围空气形成近乎真空的状态,同时释放有毒气体。

 

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以上所说的方法都是工业或军事上制造高温环境的做法,作为普通人的我们,有没有办法制造高温环境呢?不是很困难,只需要把他骗到我们生活中经常使用的加热炉等设备中,可以提供超过1000℃的温度环境。在这个环境中,机器人早已是一滩“烂泥”。此时,朝液态金属机器人扔一把沙子并瞬间降低温度至熔点以下,液态金属机器人会凝固形成固态金属机器人,同时在凝固的过程中会形成砂眼。 我们为什么一定要扔一把沙子。

 

砂眼作为铸造材料中不可避免的缺陷,是困扰铸造行业的一大难题,但是能够帮助我们解决终结者的关键。所谓砂眼是指在铸件的表面或者内部含有的包含着砂粒的孔穴,根据其位置的不同,可分为表面砂眼和内部砂眼。砂眼的产生原因是多方面的,主要有温度太高、浇铸速度太快卷入沙粒;砂型强度不够,外力作用引起脱落;从浇道或者冒口等开放环境处入侵了沙粒等方面。

 

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砂眼的存在会影响铸造材料的使用性能。表面砂眼影响材料的光滑度和表面形貌,肉眼可以直接看到这种缺陷,使用前可以直接鉴别,不会造成大的损失。难点在于内部砂眼,他的存在会使得铸造材料不是一个均匀、整体的结构。各个部分承受的作用力强度不同,有效承载面积降低,存在强度降低、铸件渗漏等问题,降低铸件材料的质量和使用寿命。这样的铸件材料,在受到较大的作用力时,易发生断裂。再加上内部砂眼位于铸件内部,肉眼无法鉴别,常规手段也无法检测,使得他的潜在危害增大。

 

因此,假如生活中遇到了T1000,可以此种方法,改变液态金属机器人的结构,使得他从“纯”金属机器人变成含有“杂质”的机器人,这样他变换肢体形成的尖刀对人类的危害就降到最低,等着警察把他接走。

 

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正如州长在电影中并没有再次带上墨镜,“我不会再回来了”!

 

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