研究人员证实了金属中奇怪的熔点现象

普罗维登斯,R.I.[布朗大学]——布朗大学研究人员的一项研究表明,在极高压力下金属的熔点会发生意想不到的变化。

负责这项新研究的布朗大学工程学院教授阿克塞尔•范德瓦尔(Axel van de Walle)说,一般来说,金属的熔点往往会随着压力的增大而升高。但越来越多的证据表明,在碱金属(包括钠和锂)中,熔点实际上在一定的临界压力以上就开始下降,这种现象被称为重入熔点。这项新研究表明,再融可能远远超出碱族。

van de Walle说:“我们在这篇论文中所展示的是,再入式熔化实际上是许多金属元素的一个特征,也许是大多数金属元素的特征。”“这些发现令人惊讶,因为随着压力的降低,熔化温度降低,意味着液体的密度比固体大。这种现象在水的情况下是众所周知的,但在密度大的金属中却没有被预测到。”

这项研究发表在《物理评论B》杂志上,由布朗大学的助理研究员洪启军领导。

在这项研究中,Hong和van de Walle使用量子力学计算方法来模拟金属中原子在不同温度和压力下的行为。计算结果显示,对于像钠这样的碱金属,在30吉帕(大约是地球大气压力的30万倍)的压力下开始发生再入口熔化。

但这项研究也首次表明,其他金属在理论上可以在极端压力下进行再融。例如,镁将以大约300亿帕的速度重新熔化。对于铝,3500吉帕左右的压力会引起再入加热。

研究人员说,即使是密度相对较大的金属,其液相的密度也可能比固相的密度大,这令人惊讶。

洪说:“金属元素通常有一个非常密集的结构,在计算出这些密度之前,液相的密度似乎不可能比固体的密度大。”

研究人员说,目前地球上还没有办法达到导致碱金属以外的任何金属重新进入加热的极端压力。但这些发现可能会对理解太阳系外的大型系外行星的构成有所启发。

van de Walle说:“这提出了一种可能性,即大型行星的内部压力可能足以引起再入式融化。”“这意味着它们的核心将由液-固-液层序组成,而不是更常见的液-固层序。”

该研究由国家科学基金会(DMR-1505657)和海军研究办公室(N00014-14-1-0055和N00014-17-1-2202)资助。

新闻旨在传播有益信息,英文原版地址:https://www.brown.edu/news/2019-12-03/re-entrant

http://petbyus.com/19797/