الحديد والبلاستيك.
هاتان المادتان مهمتان للكثير من البنى التحتية والتكنولوجيا،
وتمتلكان مجموعة متكاملة من نقاط القوة والضعف.
الحديد قويٌّ وصلب،
ولكن من الصعب صنعه بأشكال معقدة.
بينما يمكن للبلاستيك أن يتخذ أي شكل،
فهو ضعيف وليّن.
لذا، ألن يكون رائعاً لو وجدت مادةٌ واحدة
قوية كالحديد
ويمكن صنعها بأي شكل كالبلاستيك؟
حسناً، يهتم الكثير من العلماء والتكنولوجيين
باختراعٍ حديثٍ نسبياً يدعى الزجاج المعدني
يتمتع بهاتين الخاصيتين وأكثر.
يبدو الزجاج المعدني لامعاً وغير شفاف كالمعادن،
وكذلك فإنه يوصل التيار الكهربائي والحرارة.
إلا أنه أقوى من معظم المعادن،
مما يعني أنه يستطيع تحمل الكثير من الضغط
دون أن ينثني أو يُطعج،
لصنع مشارط حادة جداً،
وعلباً إلكترونية قوية جداً،
ومفصّلات،
وبراغي؛
والقائمة تطول.
يمتلك الزجاج المعدني كذلك قدرةً خارقةً
على تخزين وتحرير الطاقة المرنة،
مما يجعله مثالياً لصنع المعدات الرياضية،
كمضارب التنس
ونوادي الغولف،
وألواح التزلج.
إنه مضاد للتآكل
ويمكن صبّه بأشكال معقدة ذات أسطح تشبه المرايا
في خطوة صبّ واحدة.
وعلى الرغم من صلابته في حرارة الغرفة العادية،
إلا أنك في حال رفعت الحرارة لعدة مئات درجة سيليزوس،
فإنه يلين بشكل ملحوظ،
ويمكن إعادة تشكيله بأي شكل تريده.
قم بتبريده مجدداً،
وسيستعيد قوته من جديد.
إذاً، من أين تأتي جميع هذه الصفات الرائعة؟
خلاصة الأمر أنه يجب عليهم العمل على بنية الزجاج المعدني الفريدة.
معظم المعادن بلورية كالمواد الصلبة.
هذا يعني أنك إذا ألقيت نظرة عن كثب أكثر فإنك سترى ذرات منفردة،
وستكون مصطفة بالترتيب وبشكل متكرر
ينتشر على كامل مساحة المادة.
الثلجُ بلوريّ،
وكذلك الألماس،
والملح أيضاً.
إذا سخّنت هذه المواد بما يكفي وأذبتها،
عندها تستطيع الجزيئات الاهتزاز بحرية والحركة بشكل عشوائي،
ولكن عندما تعود وتبرّدهم من جديد،
تعود الجزيئات لتنظّم نفسها،
مشكّلة البلورات.
ولكن ماذا لو أمكنك تبريد المعدن المنصهر بسرعة
لدرجة لا تتمكن بها الجزيئات من إيجاد مكانها من جديد،
وبالتالي تصبح المادة صلبة
ولكن ذات بنية داخلية سائلة فوضوية وغير متبلورة؟
هذا هو الزجاج المعدني.
تمتلك هذه البنية فائدة إضافية تتمثل بافتقارها لحدود الجزيئات
التي تمتلكها معظم المعادن.
وتعد هذه الأمور نقاط ضعف حيث تكون المادة أكثر عرضة للخدش
والتآكل.
صُنع الزجاج المعدني لأول مرة عام 1960 من الذهب والسيليكون.
ولم يكن صنعه سهلاً أبداً.
بسبب تبلور جزيئات المعادن بسرعة،
كان على العلماء تبريد خليط المعادن بسرعة كبيرة جداً،
مليون درجة كالفين في الثانية،
بواسطة إطلاق قطرات صغيرة جداً من صفيحات النحاس الباردة،
أو لفه بخيوط دقيقة جداً منه.
في ذلك الوقت، كانت سماكة الزجاج المعدني لا تتجاوز عشرات أو مئات المكرونات،
وقد كانت رفيعة جداً ولا يمكن استخدامها في التطبيقات العملية.
ولكن منذ ذلك الحين، اكتشف العلماء
أنك إذا مزجت عدة معادن تختلط مع بعضها بحرية،
فإنه لا يعود من السهل تبلورها مع بعضها،
غالباً لأنها تمتلك حجوماً مختلفة من الذرات،
أي أن المزيج يتبلور ببطئ أكبر.
هذا يعني أنه ليس عليك أن تبرده بنفس السرعة الكبيرة جداً،
ليصبح المزيج أكثر سماكة،
أي يغدو بالسنتمترات بدلاً من الميكرومترات.
تدعى هذه المواد بكتل الزجاج المعدني أو BMGs.
يوجد المئات من كتل الزجاج المعدني المختلفة
إذاً لماذا لا تُصنع جميع جسورنا وسياراتنا منها؟
معظم كتل الزجاج المعدني المتوافرة الآن تُصنع من مواد باهظة الثمن،
كالبلاديوم والزركونيوم،
ويجب أن تكون نقية تماماً
لأن وجود أي شائبة يمكن أن يسبب حدوث التبلور.
وبالتالي، فإن صنع ناطحة سحاب أو سفينة فضاء من كتل الزجاج المعدني سيكون مكلفاً جداً.
وبغض النظر عن قوتها،
إلا أنها غير متينة بما يكفي لاستخدامها في تطبيقات الحمولات الضخمة.
فعندما تصبح الضغوط عالية يمكنها أن تنكسر دون سابق إنذار،
وهذا ليس مناسباً، مثلاً، للجسور.
ولكن عندما يكتشف المهندسين كيفية صنع كتل الزجاج المعدني بمواد أرخص،
وكيف يمكن جعلهم أكثر متانة،
فيما يتعلق بهذه المواد الرائعة،
فلا توجد حدود لاستخدامها.