פלדה ופלסטיק.
שני החומרים האלה חיוניים לכל כך הרבה מהתשתית והטכנולוגיה שלו,
ויש להם סט משלים של חוזקות וחולשות.
פלדה היא חזקה וקשה,
אבל קשה לעיצוב בצורות עדינות.
ובעוד פלסטיק יכול לקחת כל צורה,
הוא חלש ורך.
אז האם זה לא היה נחמד אם היה חומר אחד
חזק כמו הפלדה החזקה ביותר
וניתן לעיצוב כמו פלסטיק?
ובכן, הרבה מדענים וטכנולוגים
מתרגשים בנוגע להמצאה די חדשה שנקראת זכוכית מתכתית
עם כל התכונות האלו ויותר.
זכוכיות מתכתיות נראות בוהקות ועמומות, כמו מתכות,
וגם כמו מתכות, הן מוליכות חום וחשמל.
אבל הן חזקות יותר מרוב המתכות,
מה שאומר שהן יכולות לעמות בהרבה כוח
בלי להתכופף או להתעקם,
מה שיוצר להבים אולטרה חדים,
וקופסאות אלקטרוניקה אולטרה חזקות,
צירים,
ברגים;
הרשימה ממשיכה.
לזכוכיות מתכתיות יש גם יכולת מדהימה
לאגור ולשחרר אנרגיה אלסטית,
מה שהופך אותן למושלמות לציוד ספורט,
כמו מחבטי טניס,
מוטות גולף,
וסקי.
הן עמידות לקורוזיה,
ואפשר לצקת אותן בצורות מורכבות עם משטחים דמויי מראה
בשלב יציקה יחיד.
למרות החוזק שלהן בטמפרטורת חדר,
אם אתם עולים כמה מאות מעלות,
הן מתרככות משמעותית,
וניתנות לשינוי לכל צורה שתרצו.
קררו אותן חזרה,
והכוח שלהן חוזר.
אז מהיכן כל התכונות המופלאות האלו מגיעות?
בעיקרון, הן מגיעות מהמבנה האטומי היחודי של הזכוכית המתכתית.
רוב המתכות הן גבישיות כמוצקים.
זה אומר שאם תעשו זום מספיק כדי לראות אטומים בודדים,
הם יהיו מיושרים יפה בתבנית חוזרת ומסודרת
שמתמשכת לכל אורך ורוחב החומר.
קרח הוא גבישי,
וכך גם יהלומים,
ומלח.
אם אתם מחממים את החומרים האלו מספיק וממיסים אותם,
האטומים יכולים לנוע בחופשיות ואקראית,
אבל כשאתם מקררים אותם חזרה,
האטומים מארגנים את עצמם מחדש,
ויוצרים חזרה גביש.
אבל הם אם תוכלו לקרר מתכת מותכת מהר מספיק
שהאטומים לא יוכלו למצוא את מקומם שוב,
כך שהחומר היה מוצק,
אבל עם מבנה פנימי כאוטי, אמורפי של נוזל?
זו זכוכית מתכתית.
למבנה הזה יש את התועלת המוספת שאין לו את הקצוות המגורענים
שלרוב המתכות יש.
אלה נקודות חלשות בהן החומר רגיש יותר לשריטות
או קורוזיה.
הזכוכית המתכתית הראשונה נוצרה ב 1960 מזהב וסיליקון.
זה לא היתה קלה ליצור.
בגלל שאטומים מתכתיים מתגבשים כל כך מהר,
מדענים היו צריכים לקרר את המתכת ממש מהר,
מליון מעלות קלווין בשניה,
על ידי יריית טיפות זעירות על לוחות נחושת קרים,
או סרטים אולטרה דקים מסתובבים.
באותו זמן, זכוכיות מתכתיות יכלו להיות בעובי של עשרות או מאות מיקרונים בלבד,
מה שהיה דק מדי לרוב השימושים הפרקטיים.
אבל מאז, מדענים הבינו
שאם הם יערבבו מספר מתכות שמתערבבות אחת בשניה בחופשיות,
אבל לא יכולות להתגבש יחד בקלות,
בדרך כלל בגלל שיש להן גודל אטומי מאוד שונה,
התערובות מתגבשות הרבה יותר לאט.
זה אומר שאתם לא צריכים לקרר אותן כל כך מהר,
כך שהחומר יכול להיות עבה יותר,
סנטימטרים במקום מיקרומטרים.
החומרים האלו נקראים זכוכיות מתכתיות בנפח גדול או BMG.
עכשיו יש מאות BMG שונות,
אז למה כל הגשרים והמכוניות שלנו לא עשויים מהן?
הרבה מה BMG שזמינים כרגע עשויות ממתכות יקרות,
כמו פלדיום וזיקרוניום,
והם צריכים להיות ממש טהורות
בגלל שכל זיהום יכול לגרום להתגבשות.
אז גורד שחקים מ BMG או מעבורת חלל היו יקרים אסטרונומית.
ולמרות הכוח שלהן,
הן עדיין לא חזקות מספיק למטרות נושאות עומס.
כשהלחצים גדלים, הן יכולות להסדק בלי אזהרה,
מה שלא אידיאלי נגיד, לגשר.
אבל כשמהנדסים יבינו איך ליצור BMG מחומרים זולים יותר,
ואיך לעשות אותם אפילו חזקים יותר,
לסופר חומרים האלו,
השמיים הם הגבול.