فولاد و پلاستیک.
این دو ماده برای بسیاری از زیرساختها و فناوریهای ما ضروری هستند٬
و آنها در یک سری نقطه ضعف و قوت دارند که مکمل هم هستند.
فولاد سخت و محکم است٬
اما به سختی شکل میپذیرد.
در حالی که پلاستیک میتواند تقریبا هر شکلی بگیرد٬
اما نرم و ضعیف است.
پس خوب نبود اگرفقط یک ماده داشتیم
که به اندازه فولاد محکم بود
و به اندازه پلاستیک شکل پذیر؟
خُب٬ عدهی زیادی از دانشمندان و متخصصان
درباره اختراعی نسبتا جدید به نام شیشه فلزی هیجانزده هستند
که هردوی آن ویژگیها و بیشتر از آن را دارد.
شیشه فلزی مثل فلزات براق و مات است٬
و همچنین مثل فلزات٬ رسانای گرما و الکتریسیته است.
اما آنها بسیار محکمتر از اکثر فلزات هستند٬
و این یعنی میتوانند میزان قابل توجهی نیرو را
بدون خم شدن یا چین خوردن٬ تحمل کنند.
و از آنها چاقوی جراحی بسیار تیز٬
جعبههای الکترونیکی بسیار قوی٬
لولاها٬
پیچها٬
و غیره ساخته میشود.
شیشه فلزی همچنین ظرفیتی باور نکردنی
برای ذخیره و آزاد کردن انرژی کشسانی دارد٬
که باعث میشود برای ساخت تجهیزات ورزشی٬
مثل راکت تنیس٬
چوب گلف٬
و اسکی هم مناسب باشند.
آنها در برابر خوردگی مقاوم هستند٬
و میتوانند در شکلهای پیچیده با سطحی آینه مانند ریخته گری شوند
تنها طی یک فرآیند قالب گیری.
با وجود استحکام آنها در دمای اتاق٬
اگر چند صد درجه سلسیوس گرمشان کنید٬
به طور قابل ملاحظهای نرم میشوند٬
و میتوانند به هر شکلی که بخواهید در بیایند.
سپس آنها را سرد کنید٬
و دوباره استحکام خود را به دست میآورند.
خوب این ویژگیهای شگفت آور از کجا آمدهاند؟
در اصل٬ این خواص به خاطر ساختار اتمی منحصر به فرد شیشه فلزی به وجود آمدهاند.
بیشتر فلزات در حالت جامد ساختاری بلوری دارند.
یعنی اگرآنقدر نزدیک بروید که اتمها را بتوانید ببینید٬
خواهید دید که آنها به شکلی منظم و دقیق در یک الگوی تکرار شونده قرار گرفتهاند
که در کل ماده ادامه پیدا کرده است.
یخ ساختار بلوری دارد٬
و الماس هم٬
و نمک.
اگر این مواد را به اندازه کافی گرم کنید تا ذوب شوند٬
اتمها میتوانند آزادانه تکان بخورند و به شکلی تصادفی حرکت کنند٬
اما وقتی که دوباره آنها را خنک کنید٬
اتمها دوباره نظم میگیرند٬
و بلور را شکل میدهند.
اما چه اتفاقی میافتد اگر یک فلز مذاب را آنقدر سریع خنک کنید
که اتمها نتوانند دوباره جای خود را پیدا کنند٬
پس ماده شکل جامد به خود بگیرد٬
اما ساختار داخلی آن مانند یک مایع بی نظم و پریشان باشد؟
این میشود شیشه فلزی.
این ساختار فاقد دامنه دانه بندی است
که بیشتر فلزات دارند.
اینها نقاط ضعیفی هستند که ماده در آنجا مستعد خراشیدگی
یا خوردگی است.
اولین شیشه فلزی در سال ۱۹۶۰ از سیلیکون و طلا ساخته شد.
ساخت آن ساده نبود.
به این دلیل که اتمهای فلز به سرعت ساختار بلوری میگیرند٬
دانشمندان باید آلیاژ را با سرعت باورنکردنی سرد میکردند٬
با سرعت یک میلیون کلوین بر ثانیه٬
با شلیک قطرات بسیار کوچک مذاب به صفحههای مسی سرد٬
یا با چرخاندن نوارهای بسیار نازک.
در آن زمان٬ شیشه فلزی میتوانست تنها دهها یا صدها میکرون ضخامت داشته باشد٬
که برای اکثر کاربردها خیلی نازک بود٬
اما از آن زمان٬ دانشمندان متوجه شدند
که اگر چند فلز را که به راحتی با هم ترکیب میشوند٬
اما به سختی تشکیل بلور میدهند را با هم مخلوط کنید٬
که معمولا این به خاطر تفاوت اندازه اتمهای آنها است٬
ترکیب با سرعت بسیار کمتری ساختار بلوری پیدا میکند.
که یعنی نیازی نیست ماده را آنقدرها هم سریع سرد کنید٬
پس ماده ضخامت بیشتری خواهد داشت٬
چند سانتی متر به جای چند میکرو متر.
این مواد شیشههای فلزی تودهای یا به اختصار BMG نامیده میشوند.
خوب امروزه صدها نوع مختلف از آنها وجود دارند٬
پس چرا ما همه پلها و ماشینها را از این مواد نمیسازیم؟
اکثر BMGهایی که امروزه در دسترس هستند از فلزات گران قیمت ساخته میشوند٬
مثل پالادیوم و زیرکونیوم٬
و باید بسیار هم خالص باشند
زیرا هر گونه ناخالصی موجب شکل گیری بلور میشود.
پس یک آسمان خراش یا فضاپیما از جنس BMG قیمتی نجومی خواهد داشت.
و با وجود استحکام بالای آنها٬
هنوز سختی لازم برای کاربردهای باربری را ندارند.
زمانی که تنشها زیاد میشوند٬ ممکن است بدون اطلاع قبلی دچار شکست شوند٬
و این مسئله برای چیزی مثل یک پل اصلا مناسب نیست.
اما وقتی که دانشمندان راه ساختن این مواد از فلزات ارزانتر را پیدا کنند٬
و یاد بگیرند که سختی آنها را افزایش دهند٬
برای این مواد ممتاز٬
حد و مرزی وجود نخواهد داشت.