《自然-材料》-大家来亲眼见证金属铝表面的泡泡是如何诞生的哦


2018-04-12
【翻出一篇以前写科普,适合讲给小学生听】
皮肤能帮人抵御干燥、病菌、粉尘等来自环境的危害。金属和人一样,也需要有一层皮肤来帮它抵御来自环境的危害。失去这层“皮肤”的保护作用,金属也容易生病哟。
金属铝的这层皮肤是它自身和空气中的氧气结合生成的氧化铝膜,很薄很薄的一层膜,只有头发直径的两万分之一,有了它,铝的皮肤才能时刻“保鲜”,永远鲜亮不褪色,不起皱纹,不像钢铁一样生锈掉渣~是不是很重要啊。
那金属怎样才能永远保持皮肤健康呢?
举个栗子,美女们都希望自己的皮肤永远水嫩,所以要注重保养啦。科学的保养要先明白环境中的那些因素是对皮肤有害的,还要知道为什么有害,进而针对性地采取合适的保养方法。如人们喜欢去纯净的青藏高原洗涤灵魂,高原离天空辣么近,超强的紫外线会灼伤皮肤哦,科学研究也知道了紫外线能量较高,能破坏可爱的“鲜嫩”分子,所以我们一方面需要涂防晒霜把大部分紫外线屏蔽掉,回家之后还要对皮肤进行修复重建,这才是最科学有效的护肤方案嘛。
金属也是一样的,我们需要金属在一些特殊的环境中干活,比如在酸性的油气田里,在雾蒙蒙的大山里,在高能辐照的太空里。氢就是这些环境中含有的容易破坏金属皮肤的危害因子,容易导致金属“皮肤过敏”,长出很多泡泡,不美观也就罢了,还经常坏事。比如,太阳帆的表面需要永远如镜子搬光亮才能有效地从反光过程中获得光动能驱动力,如果长泡泡了,你觉得还能光洁如初么?太阳帆没有动力,还能愉快的航行么?
氢这么讨厌,又这么常见,那我们当然就要弄清楚,它是如何对金属造成危害的啦?这个过程有好多个步骤,如果我们弄清楚了这些步骤,并在合适的地方阻断危害过程,岂不就很棒棒?万事都有个源头,源头往往起源于微末,难以察觉。我们这篇文章就是从源头上发现并解释了铝的皮肤泡泡是如何长出来的这一问题。
那以前辣么多科学家前仆后继的研究过这个问题,难道一直没有解决吗?大家都是聪明人,这个泡泡问题其实已经有了不错的认识,然而始终不完美。许多科学家都从力学角度建立了模型解释了泡泡的成长,然而关于泡泡诞生过程的认识始终很模糊。皮肤上的泡泡是水泡,然而氢进入金属里面产生的泡泡都是气泡,不管水泡还是气泡,长大的原因都很直观:泡泡里面的液体或者气体积累产生压力,就形成了气泡。所以许多科学家的努力都在解释压力和气泡之间的关系,大家一致认为,产生小泡泡需要的压力更大,如果泡泡无限小,所需要的压力无限大。那么,泡泡都是从小长到大的,那泡泡是如何诞生的呢?毕竟没有任何材料可以承受无限大的压力。哈哈,这个矛盾点就是我们这个研究的出发点,里面一定有鬼,通过严格的实验研究和理论解释让“鬼”现身,不再模糊,就是下面要讲的啦。
让“鬼”现身可不是什么容易的事情哦,我们是人,不是神,然而人类科技发展到现在却可以让我们实现许多以前只有神才能有的能力,是吧?比如,飞机让我们能飞翔,轮船让我们能航行,望远镜让我们拥有千里眼,显微镜让我们“见微知著”,对啦,我们要研究纳米尺度的现象,当然就要用到强大的显微镜啦,光学显微镜不够,需要电子显微镜,能实现数十万倍的放大才够用。
电子显微镜虽然显得高大上却并不难见到,单单在中国就有好几千台。那为什么别人就没有在这个问题上做出发现呢?这说明有了雪亮的“眼睛”还不够,还需要能让鬼现身的办法,最好是设计一个场景,让鬼以合适的角度现身,毕竟我们不希望辛苦一场,只拍到了鬼的“背影”嘛,正面照才是我们最想要的不是?具体到实验方法上,就是要让氢进入到铝样品里,能把泡泡鬼重现出来,再选择合适的角度去观察测量。以前人们是做过类似的实验的,但拍到的都是“背影照”或者是“侧面照”,看不清楚。我们的这份工作之所以漂亮,是采用了巧妙的样品设计,拍到了这个过程的“正面照”,确切地说是从正面拍摄了一段监控视频,还原了泡泡鬼从诞生到长大的全过程,哈哈~
那我们都观察到了一些什么事情呢?就像人得病一样,当你出现发热、咳嗽、疼痛的时候,说明疾病已经发展到相当阶段了,在这些症状以前,细菌或病毒已经在你体内开始活动,却并没有出现明显症状让你察觉到。我们对于泡泡鬼的研究也发现,泡泡鬼现身以前,也有一段难以察觉的孕育期:犯罪分子-氢原子进入到金属内部,首先会在氧化膜皮肤与金属肉体的界面上集结,这些集结在一起的“犯罪分子”破坏力相当大,会砍断连接皮肤与肉体之间的原子键,然而这个破坏是原子级的,从皮肤的外观并不能察觉到任何变化。脱离了皮肤的舒服,金属肉体的本性就得到了解放,它会通过表面变形把自己调整到最舒服的形状,这个自我调整过程就必然会导致某些地方出现一些小坑。别忘了,那些犯罪分子-氢原子还不断在皮肤下面集结,这些小坑就成了他们的根据地,这里空间比较开阔,犯罪分子就会在这里“结婚”,原子双双结对成为氢分子,氢分子越多,根据地-小坑中的生存压力就越大,也就是氢气压强越大,压强大就天然有向外扩张的欲望,如果皮肤承受不了这个压强,就会向外鼓出,这样泡泡鬼就长出来啦。
 
 


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