本实验装置为什么仅限于测定非金属材料

① 如图所示是演示动能和重力势能相互转化的实验装置，小球从轨道上的E点滚落下来，在圆形轨道上运动了一周，

ABD

A.由于忽略外在因素，所以整个系统机械能守恒，即重力势能与动能之和保持不变专，而E点高度最属高，即重力势能最大，所以动能最小。所以A对

B。由于忽略外在因素，所以整个系统机械能守恒，所以小球机械能始终不变，所以B对

C。F点高度最低，所以重力势能最小，因为机械能守恒，所以动能最大，所以C错。

D。因为小球在H点的重力势能小于在E点的重力势能，而在H和E点的机械能相同，所以小球在H点的动能大于在E点的动能

望采纳

② 弗兰克-赫兹实验相关问题

在丹麦物理学家玻尔（N.Bohr）开创性地发表原子定态跃迁的量子理论后的第二年(1914年)，德国物理学家弗兰克（J.Frank）和赫兹（G.L.Hertz）在研究低能电子和原子的相互作用时发现，当电子和原子发生非弹性碰撞时，电子会把特定大小的能量转移给原子并使之受激，由此证明了原子内部量子化能级的存在。同一年，在使用石英制作的F-H管中，拍摄到了对应汞原子激发所需的最低能量的光谱线，由此验证了玻尔理论中的频率法则。1920年，弗兰克及其合作者又在改进的装置中测得了原子的亚稳能级和较高的激发能级，进一步证实了原子具有离散能级的概念。显然，他们的实验为玻尔理论提供了独立于光谱研究方法的直接而有力的实验依据，为此他俩荣获1925年度的诺贝尔物理学奖，至今他们的实验方法仍是探索原子结构的重要手段之一。【实验目的】1．测定汞原子的电离电势。2．测定汞原子的第一激发电势，证明原子能级的存在。3．通过本实验，了解实验中的宏观量是如何与电子和原子碰撞的微观过程相联系，并进而用于研究原子的内部结构（通过本实验了解弗兰克-赫兹实验的物理思想和方法）。【实验原理】根据玻尔提出的量子理论，原子处于一系列不连续的能量状态，这些状态称为定态，具有确定的能量值。原子从一个定态向另一个定态的跃迁常伴随着电磁波（光）的吸收或辐射，光的频率取决于发生跃迁的二个定态En、Em之间的能量差，由能量守恒定律可得如下频率法则式中h为普朗克常量。在正常情况下，绝大部分原子处于基态（最低能态），当原子吸收电磁波或受到其它具有足够能量的粒子的碰撞时，可由基态跃迁到能量较高的一系列激发态。从基态跃迁到第一激发态的所需的能量称为临界能量，为最低能量；从基态到电离所需的能量称为电离能量，为最高能量。弗兰克及赫兹就是利用了低能电子和原子碰撞时交换能量的规律来研究原子的能级结构的。1．关于激发电势本实验用电场加速电子，并使之与稀薄气体的汞原子发生碰撞。初速度为零的电子在电势为U的加速电场作用下将获得能量eU，当此能量小于汞原子激发的临界能量时，电子与汞原子的碰撞为弹性碰撞。由于电子的质量远小于汞原子的质量，故碰撞后，电子的能量几乎没有损失。如果碰撞时电子的能量大小汞原子激发所需的临界能量，汞原子就会有一定的概率从电子那里获得能量，并从基态E1跃迁到第一激发态E2，也即电子和汞原子发生了非弹性碰撞，电子损失特定大小的能量E2-E1 = eU0，汞原子获得此能量并跃迁到高一级能态，这个电势差U0称为汞原子的第一激发电势，测出U0就可以求出汞原子的基态和第一激发态之间的能量差。实验中电子和原子的碰撞是在密封的玻璃管子内进行的，管子密封前抽真空后充汞（或其它物质），管中装有阴极、栅极和板极（阳板），这种实验用的真空三极管称为弗兰克-赫兹管（F-H管）。现在四极的F-H管也很普遍，常用以测量汞（或其它）原子的一系列较高的激发能级，于此我们仅说明三极的F-H管的工作原理。图5.11-1 弗兰克-赫兹实验原理图 图5.11-2 IA~UGK 曲线
弗兰克-赫兹实验的工作原理如图5.11-1所示，F-H管放在温控加热炉中，温控器可使实验温度在80~220℃取值，在实验温度下，管中的部分汞由液态转化气态，电子由热阴极发出，并由阴极K和栅极G之间的可调电压UGK加速而获得能量。在测量汞原子的第一激发电势时，开关接通a端（相当于微电流测量放大器面板上的“工作状态”开关拨向“R”档），实验温度应大于130℃，电子向栅极过程中将不断与气体原子发生碰撞。实验装置的巧妙之处在于收集电子的板极A与栅极G之间设置了一个2V左右的反向电压，称为拒斥电压UGA，此电压对在K-G空间内与汞原子发生碰撞的电子进行筛选，经过碰撞通过栅极进入GA之间的电子，其剩余动能必须大于eUGA才能克服电场的阻力到达板极A而形成电流，这样板极电流（板流）IA的大小就同电子在与气体原子碰撞过程中的能量损失联系起来了。实验时，逐渐增加栅极和阴极之间的栅极（加速）电压UGK，测量板流IA随UGK的变化，可得如图5.11-2所示的IA~UGK曲线。该曲线的明显特征是随UGK的增加，板流IA总体上是逐渐增加的，但清楚地显示出一系列极大值和极小值，并且各极大值或极小值之间的间隔均在4.9V左右。下面我们对上述曲线形状以及影响曲线各因素进行说明。加速电压UGk从零刚开始升高直到接近于汞原子的第一激发电势U0时，由于电子与汞原子的碰撞为弹性碰撞，电子几乎不损失能量，板流IA随UGK的升高而升高。当UGK的等于或稍大于U0时，开始有部分电子在栅极附近与汞原子发生非弹性碰撞，并把几乎全部的能量交给汞原子使之激发，这些损失了能量的电子不能克服拒斥电压阻挡而折回到栅板，从而使板流IA开始变小。继续增加UGK，更多的电子与汞原子发生了非弹性碰撞并损失eU0的能量，由于拒斥电压的阴挡，这些损失了能量的电子都不能到达板极形成电流，故板流IA继续变小。直到UGK≥U0+UGA时，才开始有部分通过非弹性碰撞的电子有稍大于eUGA的剩余动能，并能克服拒斥电压阻档到达板极，也即此时板流IA开始上升。当UGK≥2U0时，部分电子有可能在K-G空间中历经二次非弹性碰撞（此时第一次非弹性碰撞显然不在栅极附近）而耗尽能量，板流IA出现第二次下降；当UGK≥2U0+UGA时，损失了2eU0能量的电子开始有部分因具有足够的能量到达板极，从而板流IA又开始上升。类似地，就得到了多峰（谷）的IA~UGK曲线，如图5.11-2所示。峰值处的电压UGK近似地等于nU0，谷值处的电压UGK近似地等于nU0+UGA，峰（谷）间的距离刚好均为U0。如此周期性变化曲线的出现，表明原子和电子发生非弹性碰撞时，原子吸收的能量是一定的，也即原子内部存在着量子化的能级。从上述分析，我们也可以理解拒斥电压UGA对IA~UGK曲线有很大的影响：UGA偏小时，起不到对经历非弹性碰撞的热电子的筛选作用，导致极小值太大，峰谷差值也将变小；UGA偏大时，大部分电子将会被筛选掉，导致极大值太小，峰谷现象不明显。实验表明，UGA取适中值2V左右为好。需要指出的是：各电子的能量在任何时刻都不是完全相等的，而是按一定的统计规律分布的，电子和原子的碰撞也是个偶然的微观事件，由于原子在与足够能量的电子发生碰撞时被激发到某一能态上的概率既与此激发态的能级大小有关，也与碰撞电子的能量大小有关。例如，当电子的能量稍大于eU0时，汞原子被激发到第一激发态的概率很大，而激发到其它能级上的概率为零；当电子的能量明显大于eU0，汞原子被激发到第一激发态的概率明显变小，而激发到其它允许能态的概率明显增大；当电子的能量大于汞原子的电离能量时，碰撞的结果主要是使汞原子电离，当然，其它许多允许的事件，仍有不等的一定的概率发生。我们还必须注意到，电子在从阴极运动到栅极的过程中，由于与汞原子频繁的碰撞，使得其沿KG方向迂回曲折地前进。容易理解，电子的加速过程（获得能量的过程）是以其自由程为间隔分段进行的，而电子的平均自由程与汞原子数密度有关。当温度升高时，饱和汞蒸气原子数密度明显增加，电子的平均自由程很小，碰撞频率很大。需要记住的是，即使是弹性碰撞，电子与汞原子碰撞时仍约有10-5的原有能量的损失，不要小视这个数，因为电子的平均自由程也很小（10-7~10-5m），电子只有在一个自由程内从电场中获得的能量大于它经历一次弹性碰撞所损失的能量，才有可能积累到足够的能量。因此要使汞原子被激发，饱和气体的温度不能太高，电场不能太小。当温度适宜时（一般在140~220℃），电子积累的能量可以大于eU0的能量。但此时，由于自由程较小以及与汞原子频繁的（非）弹性碰撞，电子很难有机会达到远大于eU0的能量。当温度低至70~90℃时，由于电子平均自由程的明显增加，部分电子可能会积聚更大的能量去激发汞原子到更高能级，甚至使其电离。由此可见，实验中使F-H管维持在一定的温度是非常重要的。需要特别指的是：由于阴极发射的热电子的初动能大于零，阴极与栅极由于材料不同而存在的接触电势差，使整个IA~UGK曲线发生了偏移，各个峰（谷）不在原定之处，但任两个相邻峰（谷）之间的间距依旧为U0。实际上，由于汞原子亚稳态能级的存在，以及原子的顺次（逐级）激发（即处于激发态的原子在退激之前与电子再次发生非弹性碰撞并被激发到更高能级）、光电效应、光致激发和光致电离的存在，使得整个过程变得很复杂，同时也使相当一部分的汞原子被激发到更高的能级甚至被电离。在能量交换频繁的若干区域中将见到一个个淡蓝色光环，它明显地反映出了汞的光谱特性。这是那些被激发到高能级上的汞原子返回低能态时所辐射的可见光。当然，实验室用的F-H管大多是玻璃的，它对紫外线是不透明的，所以无法摄到对应临界能量的紫外光，其波长 nm。但弗兰克-赫兹用能透过紫外光的石英制作的F-H管进行实验时发现，当加速电压UGK小于4.9V时无任何辐射现象，当UGK稍大于4.9V时，汞辐射了，而且辐射的谱线正是波长为2.5×102nm的紫外光。最后我们指出，灯丝电压对曲线影响也较大：灯丝电压过大，导致阴极温度偏高，阴极发射的电子数过多，这将会使微电流放大器饱和，引起IA~UGK曲线阻塞，同时也使F-H管更易全面击穿；灯丝电压过小，参加碰撞的电子数太少，造成曲线峰谷很弱。实验中一般取灯丝电压为6.3V左右。2．关于电离电势当电子的能量达到或超过汞原子的电离能WZ = eUZ（UZ称为原子的电离电势）时，与汞原子碰撞的结果将使汞原子电离，利用F-H管测量汞原子电离电势的方法有两种，我们仅介绍离子流探测法。图5.11-3 离子电流IA~UGK曲线离子流探测法的工作原理如图5.11-1所示，此时开关K拨向b端（相当于微电流测量放大器面板上“工作状态”开关拔向“I”档），扳极A相对阴极K处于负电势。从阴极出来的电子加速运动至栅极后受到更大数值的减速电压的阻挡而到不了板极A，只有带正电的粒子才有可能到板极A而形成离子电流IA。此时炉温需降至80~90℃，汞原子数密度很小，电子的平均自由程很大，从阴极出来的部分经历碰撞最少的电子在加速电压UGK的作用下将获得能量eUGK，当此能量达到或超过汞原子的电离能WZ时，将使汞原子发生电离，板极收集到离子流。由于电离是雪崩式的，无控制时离子流随UGK的增加而迅速增大，实验结果大致如图5.11-3所示，曲线的拐点处即为电离电势，汞的电离电势约在10.4V左右。【实验仪器】FH-1A型弗兰克-赫兹实验仪一套：包括加热炉、弗兰克-赫兹管及微电流测量放大器等。【实验内容】1．预热和调整（1）将装有充汞F-H管的温控加热炉接通电源，选择一定的炉温（由实验室定），调好温控旋钮，预热15~30分钟，以得到合适的汞蒸汽密度。（2）同时接通微电流测量放大器电源，进行预热。将仪器的“栅压选择”开关拨向“M”（锯齿波自动扫描电压），此时电压表指针会缓慢上升到某值时突然变小并重新再缓慢上升。然后将“栅极电压Ug”旋钮逆时针旋至最小，把“栅压选择”开关拨向“DC”，待预热20分钟后，将“工作状态”拨向“R（激发）”，对电流表进行“零点”和“满度”校准。调零与满度之间略有牵连，故需反复调节。（3）用万用表调节UGA，使其为直流2.2V左右，记下UGA。（4）把“栅极电压Ug”旋钮至最小，“栅压选择”和“工作状态”拨向“0”，用随机所附专用连接线通测量放大器加热炉面板上各对应电极（注意！绝不能让G、K、H接反或短路），并用万用表检查K、H的灯丝电压是否为交流6.3V.2．测量汞原子的电离电势UZ待加热炉稳定在所需温度（约８０℃），微电流测量放大器工作稳定，弗兰克－赫兹管充分预热后，即可先进行电离电势的逐点测量。（１）先进行粗略观察。“工作状态”拨向“Ｉ（电离）”，“倍率”档为×10-5，旋动“栅压调节”旋钮，缓慢增大UGK的数值，全面观察一次IA的变化情况。当电流IA变化明显（注意“倍率”档的更换）且从加热炉玻璃窗口看到炉内Ｆ-H管的K-G空间开始出现淡淡的蓝色辉光时，表示管内汞原子已经电离，此时，不可再增大UGK以免过度电离（过度电离时F-H管的发出强烈的蓝光）导致管子严重受损，应立即将其调小至零。（2）再从零起仔细调节UGK，测量并记录一系列UGK对应的IA值。当电流明显变化时，测量结束，将“栅极电压Ug”调至最小。注意在电流开始变化处多测几个点，以便能比较精确地找出曲线的折拐点。3．测量汞原子的第一激发电势U0测定电离电势后，将“工作状态”开关拨向“R（激发）”，再调节加热炉的温控开关，使炉温升至180℃，待其稳定后，即可进行激发电势测量。（1）先进行全面观察。暂将“倍率”拨到×10-6或×10-5档，缓慢增加UGK的值，全面观察一次IA的变化情况。注意要及时更换倍率以适应电流变化。（2）测量IA～UGK曲线。使UGK从零起缓慢增加，记录下电流IA及对应UGK（即Ug）的电压值，特别地，应认真找到并读出IA的峰谷值及对应的各个UGK值，为便于作图，在各峰谷值附近应多测几个点，记下各测试条件。（3）分别改变炉温（如140℃、220℃）或（稍许）改变拒斥电压的大小，再测几条IA～UGK曲线的影响。4．用示波器观察IA～UGK图形（本实验内容可根据实验室情况选作）（1）将示波器的Y轴接到微电流测量放大器后盖输出端，Y轴增益用“×1”档，扫描速度要慢些。（2）炉温要升到200℃以上，以免F-H管严重击穿。（3）放大倍率用×10-4或10-3档，即电表的灵敏度不需太高。（4）将“栅压选择”拨向“M”，即可在示波器屏上看到IA~UGK图线，记录波形与逐点测量的图线比绞（扫描时间要尽可能短）。5．用X～Y函数记录仪描绘IA～UGK曲线（本实验内容可根据实验室情况选作）（1）将连示波器的开关倒向接记录仪的输入端，记录仪的X轴接到微电流放大器的GK端，记录仪的Y轴量程取5mV/cm，X轴量程取5V/cm。（2）函数记录仪预热后，用锯齿波电压扫描（扫描时间要尽可能短，以免F-H管被严重击穿），即可在记录纸上绘出完整的IA～UGK曲线。【数据处理】1．求出汞原子的电离电势UZ根据测量结果作出离子电流IA随加速电压UGK变化的曲线，并由曲线的折拐点求出汞原子的电离电势。2．求出汞原子的第一激发电势U0根据测量结果绘制电子电流IA随栅极电压UGK变化的曲线图,由曲线的峰、谷值并根据逐差法分别求出相邻峰、谷间电压的平均值，两者再平均求出汞原子的第一激发电势U0的测量结果。【注意事项】1．在测量过程中，当IA迅速增大时或F-H管出现强烈蓝光时，要立即减小UGK至零。2．加热炉外壳温度较高，注意避免灼伤。3．由于炉内温度场不均匀，温度计的水银泡必须与F-H管的栅阴极中段相齐。4．炉温过低时，不可加灯丝电压和栅极电压。5．若想测出IA～UGK曲线的第一个峰谷值，炉温宜低（约140℃），但要注意此时F-H管易于全面击穿。6、实验完毕，须将“栅压选择”和“工作状态”开关置“0”，“栅压调节”旋至最小，暂不拆除K、H、G连接线，不要切断微电流放大器的电源。应先切断加热炉电源，并小心旋松加热炉面板，使其快速冷却，待温度降至120℃以下后，才能切断放大器及各种连线，以延长管子寿命。【预习思考题】1、设汞原子的第一激发电势为4.9V，则能量分别为4.0eV和5.2eV的电子与汞原子发生碰撞时各损失多少能量？2、拒斥电压是如何影响IA～UGK曲线的？3、汞的电离电势宜在90℃±10℃附近测量，为什么？4、当温度较高时，IA～UGK曲线的第一个峰谷不易出现，为什么？5、弗兰克-赫兹管的阴极与栅极之间的接触电势差对IA～UGK曲线及电离电势的测定有何影响？怎样由实验结果估计其大小？【分析讨论题】1、在测量汞原子的第一激发电势时，观察淡蓝色光环的特征以及与UGK的关系并说明为什么？2、IA～UGK曲线的谷值一般均不为零，且随加速电压UGK的增加而增大，这是由于各种原因使原子电离形成本底电流的缘故。试根据实验结果说明本底电流与UGK的关系以及对峰谷值测量的影响？如何消除这种影响？3、由汞原子的电离电势和第一激发电势，求出汞原子基态和第一激发态的能量值。

③ 谁能总结一下初中物理的实验！急急！！

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④ 为什么测量金属或非金属材料硬度要用里氏硬度计来测量呢

依据里氏硬度测量原理，可以对多种金属材料进行高精度检测。
2 支持“锻钢（Steel）”材料，当用D/DC型冲击装置测试“锻钢”试样时，可直接读取HB值，无需人工查表。
3 硬度制式与测量范围：里氏HLD（170－960）、 布氏HB（19-651）、 洛氏A/HRA（59-85）、洛氏B/HRB（13-100）、 洛氏C/HRC（17-68.5）、 维氏/HV（80-976）、 邵氏/HS（30-100）
4 采用大屏幕128×64图形点阵液晶显示器，信息丰富、直观。
5 全中文显示，菜单式操作，操作简单方便。
6 有高亮背光显示，方便在光线灰暗环境使用。
7 一台主机可配备7种不同冲击装置使用，自动识别冲击装置类型。更换时无需重新校准。
8 可存储最大600组（冲击次侍磨数32～1）硬度测量数据老氏斗。每组数据包括单次测量值、平均值、测量日期、冲击方向、次数、材料、硬度制等信息。
9 可预先设置硬度值上、下限，超出范围自动报警，方便用户批量测试的需要。
10 进口高强度塑料外壳，小巧、便携、可靠性高，适用于恶劣操作环境，抗震动、冲击和电磁干扰。
11 电源供电采用2节AA（五号）普通碱性电池，可连续工作不少于100小时，具有自动休眠、自动关机等节电功能。
12 液晶上有剩余电量指示图标，提示用户及时更换电核伍池。
13 具有示值软件校准功能。
14 可配备功能强大的微机软件，具有传输测量结果、测值存储管理、测值统计分析、 等丰富功能，满足质量保证活动和管理的更高要求。
15。 S232通信接口，可以方便、快捷的与PC机进行数据交换和参数设定，也可以连接打印机打印。
16． 设计依据标准：《里氏硬度计技术条件》 JB/T 9378-2001。

⑤ 本实验装置为什么仅限于测定非金属材料的导热系数

导热系数测定的实验体会与收获通过测定良导体（铜、空气）、不良导体（橡胶）的导热系数实验，我们组的各同学都明白了要用1、测良导体、不良导体的导热系数的方法是稳态法2、导热系数的物理意义是什么？3、测λ要满足什么条件，怎样保证这些条件？4、测量冷却速率时，为什么要在稳态温度θ2附近取值？ 一、 测良导体、不良导体的导热系数的方法是稳态法 测量导热系数我们组用的是稳态法，在稳态法中，先利用热源对样品加热，样品内部的温差使热量从高温向低温处传导，样品内部各点的温度将随加热快慢和传热快慢的影响而变动；适当控制实验条件和实验参数可使加热和传热的过程达到平衡状态，则待测样品内部可能形成稳定的温度分布，根据这一温度分布就可以计算出导热系数。而在动态法中，最终在样品内部所形成的温度分布是随时间变化的，如呈周期性的变化，变化的周期和幅度亦受实验条件和加热快慢的影响，与导热系数的大小有关。 本实验应用稳态法测量良导体（铜、空气）、不良导体(橡皮样品)的导热系数，学习用物体散热速率求传导速率的实验方法。 二、 导热系数的物理意义： 导热系数是表征物质热传导性质的物理量。导热系数是指在稳定传热条件下，1m厚的材料，两侧表面的温差为1度（K，°C）,在1秒内，通过1平方米面积传递的热量，用λ表示，单位为瓦/（米·度），w/（m ·k）（W/m · K,此处的K可用℃代替。导热系数与材料的组成结构、密度、含水率、温度等因素有关。材料结构的变化与所含杂质的不同对材料导热系数数值都有明显的影响，因此材料的导热系数常常需要由实验去具体测定。 三、 测λ要满足什么条件，怎样保证这些条件？ (1)测θ1、θ2 系统要处于稳定态，即这两个温度在10分钟内保持不变，并且θ1大于θ2。θ1 人为控制在3.47——3.53mv (2)测量散热板在θ2 附近的冷却速率。 四、 测冷却速率时，为什么要在稳态温度θ2附近选值？ （1）当散热板处在不同温度时，它的散热速率不同，与本体温度、环境温度有关。 （2）在实验中，当系统处于稳态时，通过待测样品的传热与散热盘向侧面和下面的散热率相同，所以测冷却速率要在稳态温度θ2附近。 总之，通过这次实验，我们收获很大。不仅掌握了与导热系数有关的许多热学知识，而且由于热学实验升温、降温不好控制，培养了我们严谨的科学态度、细致的观察能力、团结合作的意识。 最后衷心感谢老师的耐心指导！

⑥ 有一半导体热敏电阻，现要测量该热敏电阻的热敏特性，实验装置如图1．①本实验中，由于热敏电阻在温度的

解答：解：①由于热敏电阻在温度郑汪胡的影响下阻值变化比较大，测电阻过程中要多次调整欧姆表倍率，每次更换倍率后都要先进行欧姆调零．
②根据表中实验数据在坐标系内描出对应点，然后用平滑的曲线把各点连接起来，作出R-t图象，如图所示．
③由图示可知，半导体热敏电阻的阻值随温度的喊拦升高而减小．
故答案为：①欧姆调零；②图象如图所示；③半导体热敏电阻的电阻陵郑值随温度的升高而减小．

⑦ 什么是新型无机非金属材料

无机材料是某些元素的氧化物、碳化物、氮化物、卤素化合物、硼化物和硅酸盐铝磷酸盐。无机材料由氧化物、碳化物、氮化物、卤素化合物、硼化物、硅酸盐、铝酸盐、磷酸盐、硼酸盐等组成。某些元素的总称，是除有机高分子材料和金属材料以外的所有材料的总称。无机非金属材料是与有机高分子材料和金属材料并列的三大材料之一。20世纪中叶以后发展起来的新型无机非金属矿物材料，具有特殊的性能宽野启和用途，是现代新技术、新产业和传统工业技术的改造。现代使用场所介绍现代国防和生物医学不可或缺慎如的物质基础主要包括先进陶瓷、非晶材料、人工晶体、无机涂层、无机纤维等。传统无机非金属材料:水泥、铝酸盐水泥、陶瓷粘土、沸石、多孔硅酸盐等新型无机非金属材料；聚合物材料，例如应时玻璃、玻璃陶脊岩瓷、人造金刚石和立方氮化硼；橡胶、塑料、纤维、涂料、粘合剂和聚合物基复合材料。

⑧ 设计一个实验，来区分金属材料与非金属材料，

金属材料与非金属材料的唯一区别是金属具有正的电阻温度系数，而非金属材料具有负的电阻温度系数，可以这样做。
1、把未知材料加热
2、分别测定未知材料在昌扒不同温度下的电阻，填入表格中。
3、分别把温度与电阻画出一个变化曲线，温度作为耐搜昌纵轴，电阻作为横轴。
4、如果是金属，则具有正的电阻温度系数，也就是说，漏橡随着温度升高，电阻是增加的。
5、如果是非金属，具有负的电阻温度系数，也就是说，随着温度升高，电阻是减少的。

⑨ 哪些因素影响冲压模具寿命-影响冲压模具寿命的十大因素

哪些因素影响冲压模具寿命-影响冲压模具寿命的十大因素

研究表明：模具的使用寿命与模具结构设计、模具钢材选用、热处理、表面处理、机械加工研磨、线切割工艺，冲压设备、冲压材料及工艺，模具润滑、保养维修水平差等诸多因素有关。下面，我为大家讲讲影响冲压模具寿命的十大因素，快来看看吧!

合理选择热处理工艺

热处理不当是导致模具早期失效的重要原因，从模具失效分析得知，45%的模具失效是由于热处理不当造成的。模具热处理包括钢材锻造后的退火，粗加工以后高温回火或低温回火，精加工后的淬火与回火，电火花、线切割以后的去应力低温回火。只有冷热加工很好相互配合，才能保证良好的模具寿命。

①.模具型腔大而壁薄时需要采用正常淬火温度的上限，以使残留奥氏体量增加，使模具不致胀大。快速加热法由于加热时间短，氧化脱碳倾向减少，晶粒细小，对碳素工具钢大型模具淬腊中衡火变形小。

②.对高速钢采用低淬、高回工艺比较好，淬火温度低，回火温度偏高，可大大提高韧性，尽管硬度有所降低，但对提高因折断或疲劳破坏的模具寿命极为有效。通常Cr12MoV钢淬火加热温度为1000℃，油冷，然后220℃回火。如能在这种热处理以前先行热处理一次，即加热至1100℃保温，油冷，700℃高温回火，则模具寿命能大幅度提高。

③.采用低温氮碳共渗工艺，表面硬度可达1200HV，也能大大提高模具寿命。 低温电解渗硫可降低金属变形时的摩擦力，提高抗咬粘性能。使用6W6Mo5Cr4V钢制作冷挤压凸模，经低温氮碳共渗后，使用寿命平均提高1倍以上，再经低温电解渗硫处理可以进一步提高寿命50%。

④.模具淬火后存在很大的残留应力，它往往引起模具变形甚至开裂。为了减少残留应力，模具淬火后应趁热进行回火，回火应充分，回火不充分易产生磨前裂纹。对碳素工具钢，200℃回火1h，残留应力能消除约50%，回火2h残留应力能消除约75%～80%，而如果500～600℃回火1h，则残留应力能消除达90%。

⑤.回火后一般为空冷，在回火冷却过程中，材料内部可能会出现新的拉应力，应缓冷到100～120℃以后再出炉，或在高温回火后再加一次低温回火。

合理的模具表面强化工艺

模具表面强化的主要目的的是提高模具表面的耐磨性、耐蚀性和润滑性能。表面强化处理工艺主要有气体氮化法、离子氮化法、点火花表面强化法、渗硼、TD法、CVD法、PVD法、激光表面强化法、离子注入法、等离子喷涂法等。

①. 气体软氮化：使氮在氮化温度分解后产生活性氮原子，被金属表面吸收渗入钢中并且不断自表面向内扩散，形成氮化层。模具经氮化处理后，表面硬度可达HV950～1200，使模具具有很高的红硬度和高的疲劳强度，并提高模具表面光洁的度和抗咬合能力。

②. 离子氮化：将待处理的模具放在真空容器中，充以一定压力的含氮气体(如氮或氮、氢混合气)，然后以被处理模具作阴极，以真空容器的罩壁作阳极，在阴阳极之间加400～600伏的直流电压，阴阳极间便产生辉光放电，容器里的气体被电离，在空间产生大量的电子与离子。在电场的作用下，正离子冲向阴极，以很高速度轰击模具表面轮做，将模具加热。离能正离子冲入模具培核表面，获得电子，变成氮原子被模具表面吸收，并向内扩散形成氮化层。应用离子氮化法可提高模具的耐磨性和疲劳强度。

③. 点火化表面强化：这是一种直接利用电能的高能量密度对模具表面进行强化处理的工艺。它是通过火花放电的作用，把作为电极的导电材料溶渗进金属工件表层，从而形成合金化的表面强化层，使工作表面的物理、化学性能和机械性能得到改善。例如采用WC、TiC等硬质合金电极材料强化高速钢或合金工具钢表面，可形成显微硬度HV1100以上的耐磨、耐蚀和具有红硬性的强化层，使模具的使用寿命明显得到提高。点火花表面强化的优点是设备简单、操作方便，处理后的模具耐磨性提高显著;缺点是强化表面较粗糙，强化层厚度较薄，强化处理的效率低。

④. 渗硼：由于渗硼层具有良好的红硬性、耐磨性，通过渗硼能显著提高模具表面硬度(达到HV1300～2000)和耐磨性，可广泛用于模具表面强化，尤其适用于处理在磨粒磨损条件下的模具。但渗硼层往往存着较大的脆性，这也限制了它的应用。

⑤. TD热处理：在空气炉或盐槽中放入一个耐热钢制的坩埚，将硼砂放入坩埚加热熔化至800℃～1200℃，然后加入相应的碳化物形成粉末(如钛、钡、铌、铬)，再将钢或硬质合金工件放入坩埚中浸渍保温1～2小时，加入元素将扩散至工件表面并与钢中的碳发生反应形成碳化物层，所得到的碳化物层具有很高的硬度和耐磨性。

⑥. CVD法(化学气相沉积)：将模具放在氢气(或其它保护气体)中加热至900℃～1200℃后，以其为载气，把低温气化挥发金属的化合物气体如四氯化钛(TiCI4)和甲苯CH4(或其它碳氢化合物)蒸气带入炉中，使TiCI4中的钛和碳氢化合物中的碳(以及钢表面的碳分)在模具表面进行化学反应，从而生成一层所需金属化合物涂层(如碳化钛)。

⑦ PVD法(物理体相沉积)：在真空室中使强化用的金属原子蒸发，或通过荷能粒子的轰击，在一个电流偏压的作用下，将其吸引并沉积到工件表面形成化层。利用PVD法可在工件表面沉积碳化钛、氮化钛、氧化铝等多种化合物。

⑧. 激光表面强化：当具有一定功率的激光束以一定的扫描速度照射到经过黑化处理的模具工作表面时，将使模具工作表面在很短时间内由于吸收激光的能量而急剧升温。当激光束移开时，模具工作表面由基材自身传导而迅速冷却，从而形成具有一定性能的表面强化层，其硬度可提高15～20%，此外还具有淬火组子细小、耐磨性高、节能效果显著以及可改善工作条件等优点。

⑨. 离子注入：利用小型低能离子加速器，将需要注入元素的原子，在加热器的离子源中电离成离子，然后通过离子加热器的高电压电场将其加热，成为高速离子流，再经过磁分析器提炼后，将离子束强行打入模具工作表面，从而改变模具表面的显微硬度和粗糙度，降低表面摩擦系数，最终提高工作的使用寿命。

合理的模具结构设计

模具结构对模具受力状态的影响很大，合理的模具结构能使模具工作时受力均匀，不易偏载，应力集中小。模具设计的原则是保证足够的强度、刚度、同心度、对中性和合理的冲裁间隙，并减少应力集中，以保证由模具生产出来零件符合设计要求。因此对模具的主要工作零作(如冲模的凸、凹模等)要求其导向精度高、同心度和中性好及冲裁的间隙合理。在进行模具设计时，应着重考虑的是：

①.设计凸模时必须注意导向支撑和对中保护。特别是设计小孔凸模时采用导向装置结构，能保证模具零件相互位置的精度，增加模具抗弯曲、抗偏载的能力，避免模具不均匀磨损，从而延长模具寿命。

②. 对小孔、夹角、窄槽等薄弱部位进行补强，为了减少应力集中，要以圆弧过渡，圆弧半径R可取3～5mm。

③. 整体模具的`凹圆角半径很易造成应力集中，并引起开裂，对于结构复杂的凹模采用镶拼结构，减少应力集中。

④. 冲模的凸、凹模圆角半径R不仅对冲压件成形有较大的影响，而且对于模具的磨损及寿命也影响很大。设计时应从保证成型零件充分接触的前提下尽可能放大，避免产生倒锥，影响冲件脱料出模，如圆角半径R过小且没有光滑过渡，则容易产生裂纹。

⑤.合理增大间隙，改善凸模工作部分的受力状态，使冲裁力、卸件力和推件力下降，凸、凹模刃口磨损减少。一般情况下，冲裁间隙放大可以延长切飞边模寿命。

⑥.模架应有良好的刚性，不要仅仅满足强度要求，模座厚度不宜太薄，至少应设计到45mm以上。浮动模柄可避免冲床对模具导向精度的不良影响。凸模应紧固牢靠，装配时要检查凸模或凹模的轴线对水平面的垂直度以及上下底面之间的平行度。

⑦.模具的导向机构精度。准确和可靠的导向，对于减少模具工作零件的磨损，避免凸、凹模啃伤影响极大，尤其是无间隙和小间隙冲裁模、复合模和连续模则更为有效。为提高模具寿命，必须根据工序性质和零件精度等要求，正确选择导向形式和确定导向机构的精度。一般情况下，导向机构的精度应高于凸、凹模配合精度。连续模具应设计4根导柱导向，这样导向性能好。因为增加了刚度，保证了凸、凹模间隙均匀，确保凸模和凹模不会发生碰切现象。

⑧.排样方式与搭边值大小对模具寿命的影响很大，过小的搭边值，往往是造成模具急剧磨损和凸、凹模啃伤的主要原因。从节约材料出发，搭边值愈小愈好，但搭边值小于一定数值后，对模具寿命和剪切表面质量不利。在冲裁中有可能被拉入模具间隙中，使零件产生毛刺，甚至损坏模具刃口，降低模具寿命。因此在考虑提高材料利用率的同时，必须根据零件产量、质量和寿命，确定排样方法和搭边值。

合理选择模具材料

冲压模具工作时要承受冲击、振动、摩擦、高压和拉伸、弯扭等负荷，甚至在较高的温度下工作(如冷挤压)，工作条件复杂，易发生磨损、疲劳、断裂、变形等现象。因此，模具材料的性能对模具的寿命影响较大，不同材质的模具寿命往往不同，对模具工作零件材料的要求比普通零件也高。

①.根据模具的工作条件、生产批量以及材料本身的强韧性能来选择模具用材，应尽可能选用品质好的钢材。

a.材料的使用性能应具有高硬度(58~64HRC)和高强度，并具有高的耐磨性和足够的韧性，热处理变形小，有一定的热硬性。

b.材料的工艺性能良好,具有可锻性、淬硬性、淬透性、淬火裂纹敏感性和磨削加工性、热稳定性和耐热疲劳性等。通常根据冲压件的材料特性、生产批量、精度要求等，选择性能优良的模具材料，同时兼顾其工艺性和经济性。

在大批量生产选用模具材料时，应选用长寿命的模具材料，如硬质合金，高强韧、高耐磨模具钢(如SKD11,SLD,DC53等);对小批量或新产品试制可采用国产的45#、Cr12等模具材料;对于易变形、易断裂失效的通用模具，需要选用高强度、高韧性的材料DF-2;热冲模则要选用具有良好的韧性、强度、耐磨性和抗冷热疲劳性能的材料( 如DAC)。

②.对模具材料要进行质量检测，模板要符合供货协议要求，模板的化学成份要符合国际上的有关规定。只有在确信模具材料合格的情况下，才能使用。

③.模具钢材生产厂家采用电渣重熔钢H13时要确保内部质量，避免可能出现的成份偏析、杂质超标等内部缺陷,要采用超声波探伤等无损检测技术检查，确保钢材内部质量良好，避免可能出现的冶金缺陷，将废品及早剔除。根据碳化物偏析对模具寿命的影响，必须限制碳化物的不均匀度，对精密模具和负荷大的细长凸模，必须选用韧性好强度高的模具钢，碳化物不均匀度应控制为不大于3级。

Cr12钢碳化物不均匀度3级要比5级耐用度提高1倍以上。如果碳化物偏析严重，可能引起过热、过烧、开裂、崩刃、塌陷、拉断等早期失效现象。而对于直径小于或等于50mm的高合金钢，其碳化物不均匀性一般在4级以内，可满足一般模具使用要求。通过锻造能有效改善工具钢的碳化物偏析，一般锻造后可降低碳化物偏析2级，最多为3级。

冲压设备的选择与安装运行

冲压设备的精度与刚度,结构特征,安装环境以及冲压速度都有将对模具寿命有很大的影响。

①.设备的精度与刚度 冲压设备的精度与刚性对冲压模具寿命的影响极为重要。冲压设备的精度高、刚性好，冲模寿命大为提高。模具成形工件的力是由设备提供的，在成形过程中，设备因受力将产生弹性变形。复杂硅钢片冲模材料为Crl2MoV，在普通开式压力机上使用，平均复磨寿命为1-3万次，而新式精密压力机上使用，冲模的复磨寿命可达6~12万次。尤其是小间隙或无间隙冲模、硬质合金冲模及精密冲模必须选择精度高、刚性好的压力机，否则，将会降低模具寿命，严重者还会损坏模具。

②.冲床本身坚固的框架结构和地基隔离带可以分解冲压过程中的冲击力。在冲床地基周围设置高湿度的隔离带,使用地基可以保持冲床的水平度，而水平度影响模具的寿命。

③.控制滑块的导向精度。 大多数冲床只靠导轨来控制滑块的垂直运动，导轨不但控制驱动轮的运动而且承载机构产生的力。滑轨必须定期更换，但如果安装一个导向套，将延长滑块和导轨的寿命。这种带导向套的滑块吸收偏心轮产生的侧向力，并将其分解。在双重导向的冲程中，导轨的作用是引导承受模具反作用力的滑块，因此必须充分利用导轨的全部长度，使滑块在整个行程中被充分导向。这种导向套与导轨的组合导向比单独由导轨导向的导向面积要大1倍多。使用导向套再加上润滑油(而不是脂润滑)，可使导轨间隙(0.0015英寸)比无导向套更小(0.008-0.015英寸)。使用小间隙导向可精确的控制滑块运动，尽管这种结构比无导向套初期的成本要高，但它可以使模具的寿命延长30%。

④.降低落料时或冲裁力很大时的冲击力。 当切刃剪切至板料厚度的20%-30%时，板料开始断裂，并释放能量，促使滑块高速下行。在行程末端滑块速度的突然增大会对冲床和模具产生巨大的冲击，滑块在材料断裂点的速度与生成的反作用力直接相关。为减小这种冲击，在相同的生产节拍下使用一种驱动连杆将滑块在行程末端的速度减小到用曲柄冲床的40%。滑块对于模具的接触速度和冲击力也将降为曲柄冲床的60%。这种速度降低意味着减小了上下模的冲击，从而延长了模具的寿命。

⑤.冲压速度 冲压速度愈高，模具在单位时间内受的冲击力愈大(冲量大);时间愈短，冲击能量来不及传递和释放，易集中在局部，造成局部应力超过模具材料的屈服应力或断裂强度。因此，冲压速度越高，模具越易断裂或塑性变形失效。

日常保养与刃磨维修

为了保护正常生产，提高冲压件质量，降低成本，延长冲压模具寿命，必须对模具进行日常保养,确保正确使用和刃磨维修。

①.做好冲模的日常保养、维护工作, 注意保持棋具的清洁和合理的润滑，严格执行冲模“三检查”制度(使用前检查，使用过程中检查与使用后检查)。

②.模具的正确安装与调试: 严格控制凸模进入凹模深度;控制校正弯曲、冷挤、整形等工序上模的下止点。

③.冲模刃磨修理: 凸、凹模表面粗糙度值越低，耐疲劳强度越高，粗糙度值每降低1级，寿命可提高1倍。板料在冲裁时，随着凸模进入板料深度的增加，材料向凸、凹模刃口流动，直到凸模刃口和凹模刃口之间产生的裂纹重合时为止。在材料流动时，凸、凹模端面产生很大的摩擦力，摩擦力大小在很大程度上取决于凸、凹模端面粗糙度的高低，因此，研磨凸、凹模端面有利于提高冲模寿命，特别是形状复杂而精度要求高的中小型冲模。因此，研磨凸、凹模时，必须研磨侧面后再研磨端面磨削后。

消除线切割产生的应力

线切割机加工前,原材料内部因为淬火呈拉应力状态，线切割时产生的热应力也是拉应力，两种应力叠加的结果很容易达到材料的强度极限而产生微裂纹，从而大大缩短冲压模具寿命，因此要提高冲压模具的寿命,需要消除线切割产生的应力。

①研磨去掉白层 通常模具线切割后，经过研磨去掉表面硬度低的灰白层后便可进行装配使用。但这样做没有改变线切割造成的应力区的应力状态，即使增大线切割后的研磨余量，但因高硬层硬度高(达70HRC) ，研磨困难，过大的研磨量容易破坏零件几何形状。

②.回火处理 在线切割后，研磨去零件表面的白层，再在160℃～180℃回火2h ，则白层下面的高硬层可降低5HRC～6HRC，线切割产生的热应力亦有所下降，从而提高了冲模的韧性，延长了使用寿命。但是由于回火时间短，热应力消除不彻底，冲模寿命并不十分理想。

③.磨削加工 线切割后磨削加工，可去掉低硬度的白层和高硬层，提高冲模寿命。因为磨削时产生的热应力也是拉应力，与线切割产生的热应力叠加，无疑也会加剧冲模损坏。若在磨削后，再进行低温时效处理，则可消除应力影响，显著提高冲模韧性，使冲模寿命提高。因为几何形状复杂的冲模大多数是采用线切割加工，所以磨削形状复杂的冲模必须采用价格昂贵的坐标磨床和光学曲线磨床，而这两种设备一般厂家都不具备，故推广困难。

④.喷丸处理后再低温回火 喷丸处理可使线切割切口的残余奥氏体转变为马氏体，提高冲模的强度和硬度，使表面层应力状态发生变化，拉应力降低，甚至变为压应力状态，使裂纹萌生和扩展困难，再结合低温回火，消除淬火层内拉应力，可使冲模寿命提高10～20倍。喷丸处理受设备条件和冲模零件形状(内表面) 限制，难以普遍应用。

⑤.研磨后再低温时效处理 线切割表面经研磨后，高硬层已基本去掉，再进行120℃～150℃×5～10h低温时效处理(亦称低温回火处理) ，亦可经过160℃～180℃×4～6h 低温回火处理。这样可消除淬火层内部拉应力，而硬度降低甚微(后者硬度降低稍大)，却大大提高了韧性，降低了脆性，冲模寿命可提高2倍以上。这一方法简便易行，效果十分明显，易于推广。

消除线切割加工产生的应力，提高韧性，最佳方法是喷丸+ 低温回火，其次是磨削后+ 研磨+ 低温回火，再次是研磨+ 低温时效处理，各单位可根据自己的具体情况选择。

某单位曾用材料为Cr12MoV的冲模，线切割后分别做如下试验，其寿命差异非常大。

a.直接用于冲裁，刃磨寿命10742次。

b.160℃回火2h，刃磨寿命11180次。

c.研磨去白层，刃磨寿命仅4860次。

d.研磨去白层，160℃×2h回火，刃磨寿命为7450次。

e.磨削，刃磨寿命28743次。

f.喷丸后经160℃×2h回火， 刃磨寿命达到220000次。

合理的机械加工工艺和良好的加工精度

机械加工工艺要能消除加工后的加工变形与残留应力,尽量采用磨削、研磨和抛光等精加工和精细加工，获得较小的表面粗糙度值，提高模具使用寿命。

①.粗加工时表面粗糙度Ra<3.2μm，模具工作部分转角处要光滑过渡，减少热处理产生的热应力。

②.模具表面加工时留下的刀痕、磨痕都是应力集中的部位，也是早期裂纹和疲劳裂纹源，因此在冲模加工时一定要刃磨好刀具。模具人杂志微信公众平台，引领行业前沿。平面刀具两端一定要刃磨好圆角R，圆弧刀具刃磨时要用R规测量，绝不允许出现尖点。

③.在精加工时走刀量要小，不允许出现刀痕。对于复杂零件要留一定的打磨余量，即使加工后没有刀痕，也要再由模具钳工用风动砂轮打磨抛光，但要注意防止打磨时局部出现过热、烧伤表面和降低表面硬度。

④.模具电加工表面有硬化层，厚10μm左右，硬化层脆而有残留应力，直接使用往往引起早期开裂，这种硬化层在对其进行180℃左右的低温回火时可消除其残留应力。磨削时若磨削热过大会引起肉眼看不见的与磨削方向垂直的微小裂纹，在拉应力作用下，裂纹会扩展。对Cr12MoV钢冷冲压凹模采用干磨，磨削深度为0.04～0.05mm时，使用中100%开裂;采用湿磨，磨削深度0.005～0.01mm时，使用性能良好。消除磨削应力也可将模具在260～315℃的盐浴中浸1.5min，然后在30℃油中冷却，这样硬度可下降1HRC，残留应力降低40%～65%。对于精密模具的精密磨削要注意环境温度的影响，要求恒温磨削。

⑤.冲模粗加工时要为精加工保留合理的加工余量，因为所留的余量过小，可能因热处理变形造成余量不够，必须对新制冲模进行补焊，若留的余量过大，则增加了淬火后的加工难度。

⑥.冲模滑块或浮块的平行度超过要求时，会使冲模锁扣啃坏或打裂，重者会打断顶杆甚至损坏模具，所以在冲模加工中除对模腔尺寸按图纸要求加工外，对其它各部分外形尺寸、位置度、平行度、垂直度都要按要求加工并严格检验。

⑦.冲模模腔的粗糙度直接影响冲模寿命，粗糙度高会使冲件不易脱模，特别是中间带凸起部位，冲件越深，脱料越困难，最后只能卸下冲模用机加工或气割的方法破坏冲件。由于粗糙度值高会使金属流动阻力增加，严重时会将模壁磨损成沟槽，既影响冲件成形，也易使冲模早期失效。工作表面粗糙度值低的模具不但摩擦阻力小，而且抗咬合和抗疲劳能力强，表面粗糙度一般要求Ra=0.4～0.8μm。

⑧.模具的制造装配精度对模具寿命的影响也很大，装配精度高，底面平直，平行度好，凸模与凹模垂直度高，间隙均匀，亦可获得相当高的寿命。

冲压原材料的选用

①冲压件的材料有金属和非金属。一般来讲，非金属材料的强度低，所需的成形力小，模具受力小，模具寿命高。因此，金属件成形模比非金属成形模的寿命低。

②.实际生产中，由于冲压原材料厚度公差超差、材料性能波动、表面质量较差(如锈迹)或不干净(如油污)等，会造成模具工作零件磨损加剧、易崩刃等不良后果。为此，应当注意：

a.尽可能采用冲压工艺性好的原材料，以减少冲压变形力;

b.冲压前应严格检查原材料的牌号、厚度及表面质量等，并将原材料擦拭干净，必要时应清除表面氧化物和锈迹;③根据冲压工序和原材料种类，必要时可安排软化处理和表面处理，以及选择合适的润滑剂和润滑工序。

针对工作温度的良好润滑

冲压模具的工作温度可分为低温、常温或交变温度等几种状态，温度对钢的耐磨性有相当大的影响。通常在250度以下时主要为氧化磨损，即冲压模具对接件或冲压模具与工件之间相对摩擦，形成氧化膜并反复形成和剥落，磨损量较小;250度到300度之间时转变为粘着磨损，磨损量达到最大值;高于300度又转化为氧化磨损为主，磨损量趋向减小，但温度过高时，冲压模具硬度明显下降，粘着现象加重，甚至形成较大面积烧结和熔融磨损。

冲压工作时，模具因受热而升温，随着温度的上升，模具的强度下降，易产生塑性变形。同时，模具同工件接触的表面与非接触表面温度有差别，在模具中造成温度应力。润滑模具与坯料的相对运动表面，可减少模具与坯料的直接接触，减少磨损，降低成形力。同时，润滑剂还能在一定程度上阻碍坯料向模具传热，降低模具温度，对提高模具寿命都是有利的。

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⑩ 突破！点水成“金”

作者 | 徐锐

想要像炼金术士一样点水成金？科学家找到了一个好办法，能够把水变成一种闪亮的金属材料。

在7月29日发表于《自然》的一项研究中，研究人员通过在共享型搜薯电子的碱金属周围形成一层薄薄的水，实现了点水成“金”。

尽管水的金属状态只保持了几秒钟，但实验过程并不需要施加将非金属材料转化为导电金属通常所需的高压。

理论上讲，只要施加足够大的压力，大多数材料都能变成金属。当原子或分子被紧密地挤压在一起时，它们会共享外部电子，这些电子可以像在一块铜或铁中一样导电。

地球物理学家认为，海王星或天王星等大质量行星的中心就含有这种金属状态的水，处于高压金属状态的氢甚至可以成为超导体。

研究论文合著者之一、捷克科学院物理化学家Pavel Jungwirth说，以这种方式将水转化为金属需要1500万个大气压，这是目前实验室中无法做到的。但他认为水可以通过另一种方式导电，即从碱金属中借用电子。

碱金属是指在元素周期表ⅠA族中除氢（H）以外的6个金属元素，其中就包括钠和钾，它们有倾向提供最外层电子。

去年，Jungwirth和同事、化学家Phil Mason领导研究团队，在氨中展示了上述方法，使其金属化。但19世纪初的英国化学家Humphry Davy就已经发现了这一点。

研究小组想在同样的方法下，把氨换成水。但他们面临一个挑战——碱金属与水混合时会发生强烈的化学反应，甚至爆炸。

研究人员的解决方案是设计一个实验装置，大大减缓反应，使其不发生爆炸。于是，他们在室温下向注射器中注入钠和钾的液体混合物，并将其置于真空室中。然后，用注射器挤压形成金属混合物液滴，并将其暴露于少量水蒸气中。水凝结于金属混合物液滴表面，形成了一层1/10微米厚的膜。然卜者后，金属混合液滴中的电子与正金属离子迅速扩散到水中，几秒钟内，水层变成了金色。而德国柏林同步加速器的实验证实，金色的水层的确产生漏蠢了预期的金属特性。

Jungwirth指出，实验的关键在于找到避免水与金属混合物反应并发生爆炸的时间窗口，即电子的扩散速度快于水和金属之间的反应速度。这样它们便已经成功达到了准稳态，即金属化的物理特性胜过了化学分解。

“使水滴呈现金属色泽是我职业生涯中的高光时刻。”Jungwirth说。

相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41586-021-03646-5