挑战150年前的假设 科学家发现金属镓的新特性

新研究揭示了原子层面的结构和行为。在发现镓并将其加入元素周期表近 150 年后，镓继续揭示着它的秘密。奥克兰大学的科学家们最近发现了这种金属的结构和行为的新方面。

1875 年，法国化学家 Paul-Émile Lecoq de Boisbaudran 首次发现了镓。镓的显著特点是熔点低，低到用镓制成的勺子可以在一杯茶中融化。这种不寻常的金属也是制造半导体的重要成分。这一惊人发现与镓在原子层面的行为有关。

与大多数金属不同，镓以"二聚体"（成对的原子）的形式存在，固态密度小于液态密度，类似于冰漂浮在水面上。镓具有原子共享电子的"共价键"，这对于金属来说也是不寻常的。

新的研究表明，虽然这些键在熔点消失了，但在更高的温度下又会重新出现。这与长期以来的假设相矛盾，因此有必要对镓的低熔点做出新的解释。研究人员提出，关键可能在于键消失时熵--一种衡量无序程度的指标--的大幅增加，从而释放了原子。

奥克兰大学 Waipapa Taumata Rau 分校和麦克迪尔米德先进材料与纳米技术研究所的尼古拉-加斯顿（Nicola Gaston）教授说："三十年来，有关液态镓结构的文献都有一个基本假设，而这个假设显然是不正确的。"

尼古拉-加斯顿教授。资料来源：奥克兰大学

这项研究由惠灵顿维多利亚大学和麦克迪尔米德研究所的斯蒂芬-兰比博士（现为德国马克斯-普朗克固体研究所博士后研究员）、加斯顿和克里斯塔-斯泰恩伯根博士共同完成。

这一突破来自兰比，他当时是该大学和麦克迪尔米德研究所的一名博士生，他细致地重温了前几十年的科学文献，并对温度数据进行了比较，从而拼凑出了完整的画面。他们的研究成果最近发表在科学杂志《材料地平线》上。

了解镓的确切过程，特别是它如何随温度变化，对纳米技术的发展非常重要，因为在纳米技术中，科学家通过操纵物质来创造新材料。

斯蒂芬-兰比博士。资料来源：麦克迪尔米德研究所

这种金属可用于溶解其他金属，促进液态金属催化剂和"自组装结构"的产生，在这种结构中，无序的材料会自发地变得有序。

锌"雪花"是在加斯顿、兰比和斯坦伯根参与的前一个项目中，通过在液态镓中结晶锌而产生的。镓在被发现之前就已被预言。1871 年，俄国化学家德米特里-门捷列夫（Dmitri Mendeleev）创建了第一张元素周期表，按照原子序数的递增排列元素，他为已知元素提出的缺失元素留下了空白。

镓是从铝土矿等矿物和岩石中提取的，在自然界中找不到纯粹的镓。这种金属用于半导体、电信、发光二极管和激光二极管、太阳能电池板、高性能计算、航空航天和国防工业，并可替代温度计中的汞。

耐人寻味的是，科学家们在火星上寻找过去生命的痕迹时，发现镓有可能作为保存过去微生物生命痕迹的化学"指纹"提供线索。该大学环境学院和基础研究中心（Te Ao Mārama - Centre for Fundamental Inquiry）的研究人员正在对此进行研究。

编译自/ScitechDaily