奧克蘭大學（University of Auckland）的研究人員發現了鎵的新特性，證明其在金屬中獨一無二的共價鍵在高溫下會重新出現，這對長期以來的觀點提出了挑戰，並為奈米技術和其他領域提供了至關重要的見解。

新研究揭示了原子層面的結構和行為。在發現鎵並將其加入元素週期表近150 年後，鎵繼續揭示它的秘密。奧克蘭大學的科學家最近發現了這種金屬的結構和行為的新方面。

1875 年，法國化學家Paul-Émile Lecoq de Boisbaudran 首次發現了鎵。鎵的顯著特徵是熔點低，低到用鎵製成的湯匙可以在一杯茶中融化。這種不尋常的金屬也是製造半導體的重要成分。這項驚人發現與鎵在原子層面的行為有關。

與大多數金屬不同，鎵以”二聚體”（成對的原子）的形式存在，固態密度小於液態密度，類似於冰漂浮在水面上。鎵具有原子共享電子的”共價鍵”，這對金屬來說也是不尋常的。

新的研究表明，雖然這些鍵在熔點消失了，但在更高的溫度下又會重新出現。這與長期以來的假設相矛盾，因此有必要對鎵的低熔點做出新的解釋。研究人員提出，關鍵可能在於鍵消失時熵–一種衡量無序程度的指標–的大幅增加，從而釋放了原子。

奧克蘭大學Waipapa Taumata Rau 分校和麥克迪爾米德先進材料與奈米技術研究所的尼古拉-加斯頓（Nicola Gaston）教授說：”三十年來，有關液態鎵結構的文獻都有一個基本假設，而這個假設顯然是不正確的。

尼古拉-加斯頓教授。資料來源：奧克蘭大學

這項研究由惠靈頓維多利亞大學和麥克迪爾米德研究所的史蒂芬-蘭比博士（現為德國馬克斯-普朗克固體研究所博士後研究員）、加斯頓和克里斯塔-斯泰恩伯根博士共同完成。

這項突破來自蘭比，他當時是該大學和麥克迪爾米德研究所的博士生，他細緻地重溫了前幾十年的科學文獻，並對溫度數據進行了比較，從而拼湊出了完整的畫面。他們的研究成果最近發表在科學期刊《材料地平線》。

了解鎵的確切過程，特別是它如何隨溫度變化，對奈米技術的發展非常重要，因為在奈米技術中，科學家透過操縱物質來創造新材料。

史蒂芬-蘭比博士。資料來源：麥克迪爾米德研究所

這種金屬可用於溶解其他金屬，促進液態金屬催化劑和”自組裝結構”的產生，在這種結構中，無序的材料會自發性地變得有序。

鋅”雪花”是在加斯頓、蘭比和斯坦伯根參與的前一個專案中，透過在液態鎵中結晶鋅而產生的。鎵在被發現之前就已被預言。 1871 年，俄國化學家德米特里-門捷列夫（Dmitri Mendeleev）創建了第一張元素週期表，按照原子序數的遞增排列元素，他為已知元素提出的缺失元素留下了空白。

鎵是從鋁土礦等礦物和岩石中提取的，在自然界中找不到純粹的鎵。這種金屬用於半導體、電信、發光二極體和雷射二極體、太陽能電池板、高性能運算、航空航太和國防工業，並可取代溫度計中的汞。

耐人尋味的是，科學家在火星上尋找過去生命的痕跡時，發現鎵有可能作為保存過去微生物生命痕蹟的化學”指紋”提供線索。該大學環境學院和基礎研究中心（Te Ao Mārama – Centre for Fundamental Inquiry）的研究人員正在對此進行研究。

編譯自/ ScitechDaily