Stal i plastik.
Te dwa materiały są niezbędne w naszej infrastrukturze i technologii,
a do tego mają uzupełniają się mocnymi i słabymi stronami.
Stal jest mocna i twarda,
ale trudna do kształtowania.
Plastik może przyjmować każdą formę,
ale jest nietrwały i miękki.
Czy nie byłoby miło, gdyby istniał jeden materiał,
tak mocny jak najtwardsza stal
i tak łatwy do kształtowania jak plastik?
Wielu naukowców i technologów
żywo interesuje nowy wynalazek: szkło metaliczne,
które posiada obie właściwości, a nawet więcej.
Szkło metaliczne wygląda lśniąco i matowo jak metal,
i podobnie jak metal przewodzi ciepło i elektryczność.
Jednak jest mocniejsze niż większość metali,
co oznacza, że może znieść duży nacisk
bez zgięć czy zgnieceń,
dzięki czemu nadaje się na super-ostre skalpele
i mocne obudowy dla elektroniki,
zawiasy,
śruby;
lista cały czas się zwiększa.
Szkło metaliczne ma także niezwykłe zdolności
do przechowywania i uwalniania energii sprężystości,
przez co świetnie nadaje się na sprzęt sportowy,
jak rakiety tenisowe,
kije golfowe
i narty.
Są odporne na rdzę
i można je odlewać w skomplikowanych kształtach z lustrzaną powierzchnią,
wszystko na jednym etapie.
Mimo ich wytrzymałości w temperaturze pokojowej,
w temperaturze wyższej o kilkaset stopni Celsjusza
zaczną znacząco mięknąć
i można je formować w dowolny kształt.
Po ostudzeniu
znów odzyskują trwałość.
Skąd pochodzą te nadzwyczajne atrybuty?
Zasadniczo mają związek ze strukturą atomową szkła metalicznego.
W postaci stałej większość metali jest krystaliczna.
Dlatego w dużym powiększeniu widać pojedyncze atomy
starannie uszeregowane w zorganizowany i powtarzalny schemat,
który poszerza się w całym materiale.
Lód jest krystaliczny,
tak samo jak diamenty
i sól.
Po odpowiednim podgrzaniu i roztopieniu
ich atomy będą swobodnie drgać i przemieszczać się losowo,
ale po ponownym ochłodzeniu
atomy same się poprzestawiają
z powrotem w formę krystaliczną.
A gdyby dało się schłodzić roztopiony metal tak szybko,
że atomy nie zdążyłyby znaleźć swojego miejsca,
przez co materiał byłby stały,
ale z chaotyczną, płynną strukturą wewnętrzną?
Takie właśnie jest szkło metaliczne.
Struktura posiada dodatkowy zaletę: brak jej ziarnistych granic,
które posiada większość metali.
Są to słabe punkty, gdzie materiał jest bardziej podatny na zarysowania
lub korozję.
Pierwsze szkło metaliczne powstało w 1960 roku z połączenia złota i silikonu.
Stworzenie tego nie było łatwe.
Ponieważ atomy metalu szybko się krystalizują,
naukowcy musieli chłodzić stop metalu niewiarygodnie szybko,
milion stopni Kelvina na sekundę,
strzelając kropelkami stopu na zimne arkusze miedzi
lub wypuszczając go cieniutkimi wstążkami.
Szkło metaliczne miało wtedy grubość poniżej tysiąca mikronów,
więc były zbyt cienkie do praktycznego stosowania.
Jednak naukowcy odkryli już,
że jeżeli zmiesza się kilka metali, które mieszają się swobodnie,
ale nie umieją się razem krystalizować,
zwykle dlatego, że mają inny promień atomowy,
mikstura krystalizuje się dużo wolniej.
Oznacza to, że nie trzeba chłodzić ich tak szybko,
więc materiał może być grubszy,
liczony w centymetrach, a nie mikrometrach.
Materiały te nazwano ładunkiem szkła metalicznego lub BMG.
Dzisiaj istnieje wiele różnych BMG,
więc czemu nie robi się z nich wszystkich mostów i samochodów?
Większość BMG dostępna obecnie na rynku jest tworzona z drogich metali,
takich jak pallad czy cyrkon,
koniecznie bez domieszek,
bo domieszki mogą powodować krystalizację.
Budowa wieżowca lub wahadłowca z BMG byłaby astronomicznie droga.
Pomimo trwałości,
nie są wystarczająco twarde dla struktur nośnych.
Gdy naprężenie wzrasta, mogą pękać bez ostrzeżenia,
co nie jest idealnym rozwiązaniem w przypadku mostu.
Jednak gdy naukowcy odkryją, jak tworzyć BMG z tańszych metali
i jak je wzmocnić,
przed tymi materiałami
nie będzie ograniczeń.