1
00:00:06,791 --> 00:00:08,525
鋼鐵和塑膠，

2
00:00:08,525 --> 00:00:13,423
這兩種材料對於基礎設施
和科學技術都很重要，


3
00:00:13,423 --> 00:00:17,129
並且他們有互補的優點和缺點。

4
00:00:17,129 --> 00:00:18,900
鋼鐵既堅固又硬，

5
00:00:18,900 --> 00:00:21,249
但很難做出複雜的造型。

6
00:00:21,249 --> 00:00:23,885
塑膠可塑造成任何形狀，

7
00:00:23,885 --> 00:00:26,072
但既脆弱又軟。

8
00:00:26,072 --> 00:00:28,424
所以該有多好啊？──
如果有一種材料


9
00:00:28,424 --> 00:00:30,616
能像最強鋼鐵一樣堅硬，

10
00:00:30,616 --> 00:00:33,507
又像塑膠那樣可塑造的話。

11
00:00:33,507 --> 00:00:36,092
很多科學家和技術人員

12
00:00:36,092 --> 00:00:41,039
都為一個最近的發明感到興奮
──「金屬玻璃」，


13
00:00:41,039 --> 00:00:44,290
它兼具這兩種性能，甚至更多。

14
00:00:44,290 --> 00:00:47,509
金屬玻璃看起來有光澤且不透明，
像金屬一樣，


15
00:00:47,509 --> 00:00:51,120
同時也像金屬一樣可導熱和導電。

16
00:00:51,120 --> 00:00:53,500
但它們比大多數金屬堅硬很多，

17
00:00:53,500 --> 00:00:56,101
這意味它們可承受很大的力量，

18
00:00:56,101 --> 00:00:58,449
也不會被折彎或凹陷，

19
00:00:58,449 --> 00:01:00,193
可製成超銳利的手術刀、

20
00:01:00,193 --> 00:01:02,253
超堅硬的電子產品外殼、

21
00:01:02,253 --> 00:01:03,089
鉸鏈、

22
00:01:03,089 --> 00:01:04,132
螺絲釘；

23
00:01:04,132 --> 00:01:05,632
還不止於此。

24
00:01:05,632 --> 00:01:08,019
金屬玻璃還有一種極好的性能，

25
00:01:08,019 --> 00:01:10,755
能儲備及釋放彈性能量，

26
00:01:10,755 --> 00:01:13,133
使它們成為
製作體育用品的最佳選擇，


27
00:01:13,133 --> 00:01:14,258
比如網球拍、

28
00:01:14,258 --> 00:01:15,320
高爾夫球桿

29
00:01:15,320 --> 00:01:16,700
和滑雪板。

30
00:01:16,700 --> 00:01:18,219
它們不易腐蝕，

31
00:01:18,219 --> 00:01:22,375
且可被鑄成具有鏡面的複雜造型，

32
00:01:22,375 --> 00:01:24,499
只需一個鑄造步驟。

33
00:01:24,499 --> 00:01:26,812
儘管它們在常溫下很堅硬，

34
00:01:26,812 --> 00:01:29,202
如果把溫度升到攝氏幾百度，

35
00:01:29,202 --> 00:01:31,062
它們會明顯地變軟，

36
00:01:31,062 --> 00:01:34,474
並可塑造各式各樣你喜歡的形狀。

37
00:01:34,474 --> 00:01:35,832
當把它冷卻下來，

38
00:01:35,832 --> 00:01:38,278
就會恢復之前的強度。

39
00:01:38,278 --> 00:01:41,206
這所有奇妙的特性是從哪裡來的呢？

40
00:01:41,206 --> 00:01:45,519
實質上，這是和金屬玻璃
獨特的原子結構有關。


41
00:01:45,519 --> 00:01:48,154
多數的金屬在固態時是結晶體，

42
00:01:48,154 --> 00:01:52,278
意思是如果把它放大到
可以看到每個原子，


43
00:01:52,278 --> 00:01:56,304
它們呈現有序、循環的整齊排列，

44
00:01:56,304 --> 00:01:58,587
整個原料都是如此排列。

45
00:01:58,587 --> 00:01:59,871
冰是晶體，

46
00:01:59,871 --> 00:02:02,224
鑽石及鹽也是。

47
00:02:02,224 --> 00:02:04,603
如果你將這些原料加熱到融化它們，

48
00:02:04,603 --> 00:02:07,985
原子便可自由晃動且任意移動。

49
00:02:07,985 --> 00:02:09,590
但當你把它們冷卻下來，

50
00:02:09,590 --> 00:02:11,427
原子便自己重新排列，

51
00:02:11,427 --> 00:02:13,841
重組為晶體結構。

52
00:02:13,841 --> 00:02:17,219
但如果你能將融化的金屬快速降溫，

53
00:02:17,219 --> 00:02:20,055
快到原子們找不到它們應在的位置，

54
00:02:20,055 --> 00:02:21,914
此時，原料雖然是固體，

55
00:02:21,914 --> 00:02:26,356
但卻擁有液體的
混亂、非結晶的內在結構，


56
00:02:26,356 --> 00:02:28,096
這便是「金屬玻璃」。

57
00:02:28,096 --> 00:02:31,579
這種結構有另一個優點──
沒有晶粒邊界。


58
00:02:31,579 --> 00:02:33,472
多數金屬有晶粒邊界。

59
00:02:33,472 --> 00:02:38,784
晶粒邊界是原料較容易刮傷
或腐蝕的脆弱點。


60
00:02:38,784 --> 00:02:43,394
第一個金屬玻璃是在1960年
由金和矽做出來的。


61
00:02:43,394 --> 00:02:44,837
這並不容易。

62
00:02:44,837 --> 00:02:47,505
因為金屬原子結晶極為迅速，

63
00:02:47,505 --> 00:02:51,405
科學家必須把合金急速冷卻，

64
00:02:51,405 --> 00:02:54,527
一百萬開氏度每秒（降溫速度）

65
00:02:54,527 --> 00:02:57,456
藉著把微粒水珠射向冷銅片

66
00:02:57,456 --> 00:03:00,317
或做出超細的金屬絲。

67
00:03:00,317 --> 00:03:05,440
那時，金屬玻璃只能做成
幾十或幾百微米厚 (µm)，


68
00:03:05,440 --> 00:03:08,657
因太薄而不切實用。

69
00:03:08,657 --> 00:03:10,715
但是自此，科學家便發現

70
00:03:10,715 --> 00:03:14,318
如果將幾種容易混合的金屬互相摻雜，

71
00:03:14,318 --> 00:03:19,699
由於它們的原子大小極不相同，
致使不易結晶在一起， 


72
00:03:19,701 --> 00:03:22,945
這混合物的結晶速度就變慢許多。

73
00:03:22,945 --> 00:03:26,034
這意味不需要那麼快速降溫，

74
00:03:26,034 --> 00:03:27,616
所以材料可以比較厚，

75
00:03:27,616 --> 00:03:30,092
可達幾厘米厚 (cm) 而非微米 (µm)。

76
00:03:30,092 --> 00:03:34,375
這種材料稱為「大塊金屬玻璃」，或BMGs。

77
00:03:34,375 --> 00:03:37,042
現在已有幾百種不同的BMGs，

78
00:03:37,042 --> 00:03:40,109
但為什麼不是所有的橋和車
都用這些材料製做呢？


79
00:03:40,109 --> 00:03:44,349
目前許多可用的BMGs 都是用昂貴金屬做的，

80
00:03:44,349 --> 00:03:46,537
比如鈀和鋯，

81
00:03:46,537 --> 00:03:48,022
它們必須很純，

82
00:03:48,022 --> 00:03:51,374
因為任何雜質都會導致結晶。

83
00:03:51,374 --> 00:03:56,386
所以用 BMG 建摩天大樓或太空梭，
造價都是天文數字。


84
00:03:56,386 --> 00:03:57,776
儘管它們堅硬，

85
00:03:57,776 --> 00:04:02,089
但還不夠堅硬到足以做承重類的應用。

86
00:04:02,089 --> 00:04:05,082
當壓力很大時，
它們會毫無預警地折斷，


87
00:04:05,082 --> 00:04:08,206
對於例如橋之類，並不理想。

88
00:04:08,206 --> 00:04:12,065
但是如果工程師想出
如何用更便宜的金屬製造 BMGs，


89
00:04:12,065 --> 00:04:14,058
以及如何讓它們更堅硬，

90
00:04:14,058 --> 00:04:15,736
那麼這些超級材料

91
00:04:15,736 --> 00:04:17,309
真是潛能無限啊！