Излучательная способность жидких металлов представляет интерес для применения в энергетике и металлургии. А связь между ней, термодинамическими и поверхностными параметрами важна для понимания свойств металлов.

Одиночный и нитевидный

Для множества самых разных применений нужны сенсоры, которые откликались бы изменением параметров, прежде всего — электрического сопротивления, на наличие в газовой среде каких-либо примесей, например опасных или вредных газов. Традиционные сенсоры на основе оксидов (ZnO, SnO₂, WO₃ и других) требуют нагрева до сотен градусов, что не только приводит к высокому энергопотреблению, но и уменьшает долговременную стабильность и ограничивает область применения. Теллур позволяет детектировать многие токсичные газы без нагрева, при комнатной температуре. Изначально его применяли в виде плёнок, но позже было показано, что чувствительность сенсора увеличивается, если использовать структуры с большей относительной площадью поверхности: наночастицы, нанотрубки, нитевидные кристаллы и двумерные кристаллы (теллурен). Всё это может быть получено разными методами, но если мы имеем в виду массовое применение, способ получения должен быть дешёвым и контролируемым.

Исследователи из Дагестанского государственного университета (Махачкала) и МГУ им. М. В. Ломоносова в поисках удобного способа изготовления нитевидных кристаллов разработали новый метод синтеза — испарение теллура в среде водорода. Характерные параметры технологии: температура испарителя — 600°С, подложки — 430°С, давление водорода — 0,8 атм. Выращенные таким способом нитевидные кристаллы были испытаны как сенсоры присутствия NO₂ в воздухе. При концентрации NO₂ в диапазоне 0,3—5,0 ppm (миллионных долей по объёму) сопротивление изменялось на 2—8%; время до насыщения, то есть до стабилизации сопротивления, составляло около 10 минут; время до восстановления сопротивления при удалении примеси — примерно 12 минут.

Рабаданов М. Р. и др. Одиночный нитевидный кристалл теллура как элемент сенсора NO₂: структура и экспресс-демонстрация чувствительности. Письма в ЖТФ, 2026, вып. 2, c. 8.

На пользу ЭКГ

Наверное, все читатели журнала знают, что такое электрокардиограмма, сокращённо ЭКГ. И большинство догадывается, сколь велика в этой процедуре роль контактов. В отличие от электротехники и электроники, при снятии ЭКГ один из контактов — человеческая кожа. Поэтому помимо хорошей электропроводности материал контактов устройства должен обладать биосовместимостью, механической прочностью и гибкостью, позволяющей эффективно адаптироваться к неровностям кожи и обеспечивать стабильный контакт. Контакты кардиографа должны работать на коже разных людей и без искажений передавать маленькие напряжения в аналого-цифровой преобразователь. Причём должно быть возможным как разовое применение, так и длительная непрерывная работа.

Исследователи из Института биомедицинских систем МИЭТ и Научно-производственного комплекса «Технологический центр» (Зеленоград), а также Института бионических технологий и инжиниринга Первого Московского государственного медицинского университета им. И. М. Сеченова изучили применение в качестве контакта для ЭКГ композита из полидиметилсилоксановой матрицы с наполнителем из углеродных нанотрубок и чешуек восстановленного оксида графена. Авторы приводят технологию изготовления образцов, исследования их структуры, механических и электрических свойств, причём как после выдержки семи суток в среде, имитирующей человеческий пот, так и после реального нахождения на человеке в течение того же времени. Показано, что после облучения композита иттербиевым лазером мощностью 15 кВт/см² (длина волны 1,064 мкм, импульсы частотой до 30 кГц, пятно диаметром 35 мкм перемещалось со скоростью 24 см/c) сопротивление электродов уменьшается в 13 раз благодаря образованию наноструктур из наполнителя. Исследовалась также зависимость сопротивления от частоты.

Куксин А. В. и др. Лазерно-индуцированные сухие электроды на основе углеродных нанотрубок и графена для регистрации ЭКГ. ЖТФ, 2026, вып. 5, с. 958.

Излучение расплавленных металлов

Излучательная способность жидких металлов представляет интерес для применения в энергетике и металлургии. А связь между ней, термодинамическими и поверхностными параметрами важна для понимания свойств металлов.

Связь излучательной способности металла (по вертикали) и его атомного номера (по горизонтали). Чёрные кружки — экспериментальные данные, белые — вычисления.  Рисунок из реферируемой статьи.

В Казанском национальном исследовательском технологическом университете сопоставили нормальную интегральную излучательную способность жидких металлов, температуру их плавления, поверхностное натяжение и положение элементов в Периодической системе. Для излучательной способности использовались полученные ранее в идентичных условиях экспериментальные данные, а при их отсутствии она вычислялась по формуле Фута (через произведение температуры и удельного сопротивления). Оказалось, что нормальная интегральная излучательная способность зависит линейно от температуры плавления и от поверхностного натяжения, а при увеличении атомного номера она изменяется, как показано на рисунке. Утверждается, что излучательная способность зависит от строения внешних электронных оболочек, а сохранение привязки к атомным характеристикам в фазе расплава, где нет кристаллической решётки, свидетельствует о сохранении корреляций в приповерхностной области. По мнению авторов, атомный номер, поверхностное натяжение и температура плавления могут рассматриваться как индикаторы состояния приповерхностного слоя расплава, определяющего излучательную способность. Предложенная гипотеза, которая связывает радиационные и поверхностные свойства через общее происхождение в тонком приповерхностном слое, может стать основой нового подхода к интерпретации теплофизических характеристик жидких металлов.

Косенков Д. В., Сагадеев В. В. Периодичность и корреляции излучательной способности жидких металлов. Письма в ЖТФ, 2026, вып. 5, с. 50.

№9, 2026