Thép và chất dẻo.
Hai vật liệu này rất cần thiết trong nhiều cơ sở hạ tầng cùng kỹ thuật,
Và chúng bổ sung những ưu khuyết điểm cho nhau.
Thép cứng và chắc chắn,
nhưng khó đổ khuôn.
Còn chất dẻo có thể biến thành bất kì hình dạng
mềm và dễ gãy.
Vây liệu có tốt khi có một vật liệu
vừa cứng rắn như thép
và cũng dễ tạo hình như chất dẻo?
Rât nhiều nhà khoa học và kỹ sư
phấn khích về một phát minh như vậy lúc gần đây được gọi là thủy tinh kim loại
có những đặc điểm trên và hơn thế nữa .
Thủy tinh kim loại nhìn bóng và không trong suốt như kim loại
và cũng như kim loại, chúng dẫn nhiệt và dẫn điện.
Nhưng chúng chắc hơn đa số kim loại
đồng nghĩa việc chúng có thể chịu được nhiều lưc hơn
mà không bị bẻ cong hay bị lõm,
rồi trở thành dao mổ siêu bén
và bao da điện tử siêu bền
bản lề,
đinh ốc vít,
và còn nhiều thứ nữa.
Thủy tinh kim loại còn có những khả năng phi thường
để dự trữ và giải phóng năng lượng đàn hồi
khiến nó hoàn hảo trong việc thành dụng cụ thể thao
như vợt tennis
gậy đánh gôn,
và ván trượt tuyết
Chúng có thể chống bị ăn mòn,
và có thể đúc thành những hình dạng phức tạp có bề mặt như gương
bằng từng bước đúc khuôn.
Dù chúng rất cứng ở nhiệt độ phòng
nhưng nếu bạn tăng lên vài trăm độ C
chúng sẽ mềm đi đáng kể
và bạn có thể nặn nó thành bất cứ dạng gì bạn thích
Rồi làm nguội nó,
chúng sẽ cứng lại.
Vậy rốt cuộc những thuộc tính kì lạ này từ đâu ra?
Về bản chất, chúng có từ cấu tạo phân tử độc nhất của thủy tinh kim loại
Đa phần kim loại là tinh thể như chất rắn.
Nghĩa là nếu bạn phóng to đến mức nhìn thấy từng cá thể nguyên tử
bạn sẽ thấy chúng xếp thành hàng ngay ngắn
trải dài đến hết vật thể.
Băng là tinh thể,
kim cương cũng thế
và cả muối nữa.
Nếu bạn đun những vật liệu này đủ nóng, làm chảy nó
những nguyên tử sẽ lắc nhẹ và chuyển động tự do
nhưng nếu bạn làm nguội nó đi
những nguyên tử lại tự xếp lại
thiết lập lại thành tinh thể.
Nhưng nếu khi bạn làm lạnh chúng đột ngột
những nguyên tử không tìm thấy vị trí của chúng nữa,
thì vật đó thành chất rắn
còn với cấu trúc hỗn độn vô định hình của chất lỏng thì sao?
Nó sẽ là thủy tinh kim loại.
Cấu trúc này đã bổ trợ cho việc thiếu khoảng cách giữa các hạt
Mà mọi kim loại đều gặp phải.
Chúng là những điểm yếu khiến vật liệu dễ bị trầy xước
Hay bị ăn mòn.
Thủy tinh kim loại đầu tiên được làm ra vào năm 1960 từ vàng và silicon
Tạo ra nó không dễ.
Vì mấy nguyên tử kim loại kết tinh rất nhanh.
Những nhà khoa học phải làm lạnh hợp kim này bằng tốc độ không tưởng,
Giảm 1 triệu độ K trên một giây
Bằng cách bắn những hạt siêu nhỏ vào trên khay đồng
Hay quay dải băng siêu mỏng.
Vào lúc đó, thủy tinh kim loại chỉ dày khoảng mười đến vài trăm micromét
Nó quá mỏng để áp dụng thử.
Nhưng từ đó các nhà khoa học cũng phát hiện
Rằng nếu bạn trộn nhiều loại kim loại có thể trộn với nhau dễ dàng
Nhưng khó kết tinh với nhau
Thường bởi vì chúng có kích cỡ nguyên tử khác nhau
Hỗn hợp sẽ kết tinh chậm hơn
Đồng nghĩa với việc ta không cần làm lạnh nó nhanh chóng
Nên vật liệu sẽ dày hơn
Thành centimét thay vì micromét
Những vật liệu này được gọi là thủy tinh kim loại khối, hay BMGs
Ngày nay có hơn trăm loại BGMs khác nhau
Nhưng tại sao chúng không được áp dụng làm những cây cầu và xe?
Rất nhiều BGMs thông dụng hiện nay được làm từ những kim loại đắt tiền
Như Palađi và Ziriconi
Và phải nguyên chất
Bởi do bất kì tạp chất nào cũng ảnh hưởng đến sự kết tinh
Do đó tòa nhà hay tàu con thoi làm từ BGMs sẽ cực kì mắc tiền
Dù chúng rất cứng
Nhưng chúng chưa đủ cứng để được sử dụng trong việc nâng đỡ
Khi áp lực tăng cao, chúng sẽ gãy mà không hề báo trước
Việc đó không phù hợp cho việc dùng làm vật liệu xây cầu
Nhưng khi những nhà khoa học tìm ra cách làm BGMs từ những kim loại rẻ hơn
Và làm chúng cứng hơn nữa
Khi đó, với kim loại siêu việt này
Chẳng còn gì là giới hạn cả.