Галінстан
Галінстан (англ. Galinstan™) — торгова марка легкоплавкого евтектичного сплаву, що перебуває у рідкому стані за кімнатної температури, із заявленим складом 68,5% галію, 21,5% індію і 10% олова. Торгова марка належить німецькій компанії Geratherm Medical AG. Назва сплаву складена з початкових букв латиномовних назв компонентів: GALium, INdium, STANnum.
Властивості сплаву
Галінстан — сріблястий метал з характерним металічним блиском.
- Температура кипіння: >1300 °C.
- Температура плавлення: −19 °C, згідно з Geratherm MSDS (Material Safety Data Sheet);[1].
- Тиск насиченої пари: <10−8 мм рт.ст. (при 500 °C).
- Густина: 6,44 г/см3 (при 20 °C)[2].
- Розчинність: не розчинний у воді чи органічних розчинниках.
- В'язкість: 0,0024 Па·с (при 20 °C).
- Теплопровідність: 16,5 Вт·м−1·K−1.
- Електрична провідність: 3,46x106 См/м (при 20 °C)[2].
- Поверхневий натяг: σ = 0,718 Н/м (при 20 °C)[2].
Перспективи використання
Сплав малотоксичний. Основне застосування — заміна ртуті в окремих випадках, у першу чергу в побутових термометрах[3]. Сплав змочує скло, тому в термометрах скляні колби зсередини покривають оксидом галію щоб запобігти змочуванню. Іншим недоліком є те, що при твердінні (за температур нижчих за −19 °C галінстан суттєво розширюється і руйнує скляну колбу термометра.
Галінстан можна використовувати як теплоносій у конструктивних рішеннях засобів охолодження комп'ютерної техніки, хоча його вартість, агресивність (має властивість розчиняти деякі метали у тому числі алюміній) та електропровідність є основними перешкодами для такого використання.
Галінстан має вищу відбивну здатність і меншу густину, ніж ртуть, у зв'язку з чим він вивчається як замінник ртуті у рідких дзеркалах астрономічних телескопів. Проблематичним є використання сплаву для охолодження атомних реакторів, оскільки індій має великий перетин поглинання теплових нейтронів, що пригнічує реакцію поділу. З іншого боку, сплав вивчається як можливий холодоагент для майбутніх термоядерних реакторів. На відміну від інших рідких металів, придатних для використання за цим призначенням, наприклад, літію та ртуті, хімічна інертність галінстану робить технічне вирішення безпечнішим[4].
Галістан (сплав Ga–In–Sn) розглядається як перспективний матеріал для рідинно-металевих композиційних контактів (РМКК) у сильнострумовій комутаційній техніці. Дослідження в цьому напрямку ведуться з середини 1980-х років[5]. У таких контактах галістан просочує пористий каркас із тугоплавкого металу (молібден, вольфрам, реній), утворюючи суцільну провідну поверхню площею до 98% поперечного перерізу. Пружний каркас поглинає енергію удару при замиканні й усуває відскок контактів, що підвищує довговічність і виключає електромагнітні завади. Теплові втрати знижуються приблизно в 20 разів порівняно зі срібними контактами[6]. Оскільки поверхня контактування є рідинною, електродинамічні сили відриву при протіканні струмів короткого замикання практично дорівнюють нулю — експериментально підтверджено відсутність відскоку при струмах до 45 кА постійного струму, тоді як мідні контакти відкидались вже при 10 кА[7]. Метод виготовлення РМКК на основі галістану захищено патентом США[8].
Суперечливість значення температури плавлення
Температура плавлення галінстану була джерелом численних дискусій. За визначенням, евтектичні сплави демонструють нижчу температуру плавлення від температури плавлення кожного з компонентів, що входять у їх склад. Відомо також, що багато комерційно доступних евтектичних сплавів галію, індію і олова характеризуються температурою плавлення близько 11 °С, що є значно вищою від −19 °С оголошеної для галінстану. Офіційний паспорт безпеки (англ. Material safety data sheet, MSDS) вказує лише, що галінстан є «евтектичною сумішшю металевих компонентів галію, індію та олова» без додаткових пояснень. Патент США[3], виданий Geraberger Thermometerwerk GmbH описує різні аналогічні евтектичні сплави і згадує, що вони можуть містити додатково до 2% стибію (Sb) для підвищення стійкості до окислення і до 2% вісмуту (Bi) для покращення плинності. В результаті утворюється евтектичний сплав, що містить за даними розробників 68…69% Ga, 21…22% In і 9,5…10,5% Sn, з невеликим додаванням Sb і Bi та інших домішок у кількості меншій за 0,001%. Отриманий матеріал має температуру плавлення −19,5 °С і температуру кипіння вище за 1800 °С.
Див. також
| Сплав | Температура плавлення | Евтектичний? | Бісмут % |
Свинець % |
Олово % |
Індій % |
Кадмій % |
Талій % |
Галій % |
Стибій % |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Сплав Розе | 98 °C (208 °F) | Ні | 50 | 25 | 25 | — | — | — | — | — |
| Сплав Ньютона | 97 °C (207 °F) | 50 | 31,2 | 18,8 | — | — | — | — | — | |
| Сплав Ліхтенберга | 91,6 °C (197 °F) або 100 °C (212 °F) | 50 | 30 | 20 | — | — | — | — | — | |
| Cerrosafe | 74 °C (165 °F) | Ні | 42,5 | 37,7 | 11,3 | — | 8,5 | — | — | — |
| Сплав Ліповиця | 70 °C (158 °F)—74 °C (165 °F) | 50 | 27 | 13 | — | 10 | — | — | — | |
| Сплав Вуда | 70 °C (158 °F) | Так | 50 | 26,7 | 13,3 | — | 10 | — | — | — |
| Сплав Філда | 62 °C (144 °F) | Так | 32,5 | — | 16,5 | 51 | — | — | — | — |
| Cerrolow 136 | 58 °C (136 °F) | Так | 49 | 18 | 12 | 21 | — | — | — | — |
| Cerrolow 117 | 47,2 °C (117 °F) | Так | 44,7 | 22,6 | 8,3 | 19,1 | 5,3 | — | — | — |
| Bi-Pb-Sn-Cd-In-Tl | 41,5 °C (107 °F) | Так | 40,3 | 22,2 | 10,7 | 17,7 | 8,1 | 1,1 | — | — |
| Галінстан | −19 °C (−2 °F) | Ні | <1,5 | — | 9,5–10,5 | 21–22 | — | — | 68–69 | <1,5 |
Примітки
- ↑ The Galinstan fluid MSDS (PDF). 2004. Архів оригіналу (PDF) за 23 вересня 2013. Процитовано 16 лютого 2014. (англ.)
- ↑ а б в Experimental Investigations of Electromagnetic Instabilities of Free Surfaces in a Liquid Metal Drop (PDF). International Scientific Colloquium Modelling for Electromagnetic Processing, Hannover. 24–26 березня 2003. Архів оригіналу (PDF) за 19 квітня 2021. Процитовано 8 серпня 2009.(англ.)
- ↑ а б Patent US6019509 (A), Geraberger Thermometerwerk GmbH, Low Melting Gallium, Indium and Tin Eutectic Alloys, and Thermometers Employing Same [Архівовано 24 лютого 2019 у Wayback Machine.]. Заявлено 2000.02.01
- ↑ Lee C. Cadwallader (2003). Gallium Safety in the Laboratory [Архівовано 21 лютого 2014 у Wayback Machine.]. (препринт) (англ.)
- ↑ Дегтяр В.Г., Іванов А.В., Костенецька Л.І., Смірнов Ю.І., Чураков М.М. Спосіб виготовлення рідкометалевого композиційного контакту. — А. с. СРСР № 1325590 A1. — Опубл. 23.07.1987, Бюл. № 27.
- ↑ Смірнов Ю.Й. та ін. Сильнострумова вакуумна камера з композиційними рідинно-металевими контактами // Електротехніка. — 2002. — № 2. — С. 25–28.
- ↑ Брон О.Б., Беляєв В.Л. Електродинамічна стійкість композиційних рідкометалевих контактів // Відомості вузів. Електромеханіка. — 1984. — № 8. — С. 76–81.
- ↑ Smirnov Yu., Skorokhod V., Chernyshov S. Method for the manufacture of liquid-metal composite contact. — US Patent 7,686,864 B2. — Mar. 30, 2010.
Посилання
- Термометр Geratherm Classic [Архівовано 7 січня 2022 у Wayback Machine.] на сайті Компанії «Geratherm Medical AG». (рос.)
- Scitoys.com: Liquid metal [Архівовано 17 грудня 2013 у Wayback Machine.] (англ.)
- Non-Mercury Glass Thermometers на сайті «RG Medical Diagnostics» (англ.)
Джерело: стаття у Вікіпедії та історія редагувань (автори).