Что такое металлическое стекло? — Ашвини Баратула

Посмотреть полный урок: http://ed.ted.com/lessons/what-is-metallic-glass-ashwini-bharathula

Сталь и пластик имеют важное значение в наших технологиях и инфраструктуре. Сталь очень прочная и крепкая, но из неё трудно сформировать что-то затейливое. Пластик может принимать любую форму, но он хрупкий и мягкий. И вот было бы здорово, если бы они были одним материалом, таким же прочным как сталь и универсальным как пластик! Ашвини Баратула рассуждает о будущем металлического стекла.

Урок создан Ашвини Баратула, анимация Tinmouse Animation Studio.

Сталь и пластик.

Эти два материала имеют большое
значение в инфраструктуре и технологиях

и, конечно, в них есть
свои плюсы и минусы.

Сталь очень прочная и крепкая,

но из неё трудно сформировать
что-то затейливое.

Пластик может принять любую форму,

но он хрупкий и мягкий.

Было бы здорово, если бы они стали
одним материалом,

прочным как сталь

и универсальным как пластик.

Многие учёные и специалисты по технологиям

заинтересованы в новом изобретении,

названным металлическим стеклом,

которое обладает обоими свойствами
и даже больше.

Металлические стёкла такие же
блестящие и непрозрачные, как металл

и так же, как и металл, они проводят
тепло и электричество.

Но они намного прочнее других металлов.

Это означает, что они могут
выдержать большýю нагрузку,

и при этом они не гнутся
и не деформируются.

Из них получаются острые скальпели,

прочные чехлы для телефонов,

дверные петли,

шурупы;

этот список можно продолжить.

Металлические стёкла имеют
невероятную способность

хранить и передавать «эластичную» энергию,

что делает их идеальными
для спортивного снаряжения.

Теннисные ракетки,

клюшки для гольфа,

лыжи.

Они устойчивы к коррозии,

их можно отлить в сложные фигуры,
имеющие зеркальную поверхность

за одну стадию формирования.

Несмотря на прочность
при комнатной температуре,

при поднятии температуры
на пару сотен градусов Цельсия,

они значительно смягчяются,

и им можно придать любую другую форму.

После охлаждения

они восстанавливают свою прочность.

Так почему же металлическое стекло
имеет такие свойства?

Всё дело в уникальной атомной структуре
металлического стекла.

Большинство металлов имеют
кристаллическую решётку твёрдых тел.

Если мы посмотрим
на их кристаллическую решётку,

то увидим аккуратные ряды
повторяющегося узора,

который распространяется
по всему материалу.

Например: лёд,

бриллианты,

а также соль.

Если нагреть металл достаточно,
чтобы расплавить,

то атомы начнут беспорядочно двигаться,

но когда вы снова его охладите,

атомы перестроятся,

тем самым восстановив
кристаллическую решётку.

Но что будет, если охладить
расплавленный металл так быстро,

что атомы не успеют занять свои места

для формирования твёрдого вещества,

но успеют образовать
аморфную структуру жидкости?

Так получается металлическое стекло.

Преимущество такой структуры
заключается в отсутствии границ зёрен,

присущих большинству металлов.

Именно из-за этого металлы
восприимчивы к царапинам

или коррозии.

Первое металлическое стекло было создано
в 1960 году из золота и кремния.

И это было не легко.

Так как атомы металлов
кристаллизуются очень быстро,

учёным пришлось охлаждать
металл очень быстро —

на миллион градусов Кельвина в секунду,

стреляя маленькими капельками
в холодную медную пластину

или наматывая сверхтонкие ленты.

В то время металлическое стекло было
толщиной всего десятки и сотни микрон,

что было слишком тонко
для практического применения.

Но с тех пор учёные выяснили,

что если сплавить несколько
легкосмешиваемых между собой металлов,

не сразу образующих
общую кристаллическую решётку

из-за наличия у них
атомов разных размеров,

то смесь кристаллизуется
гораздо медленнее.

Это означает, что смесь
не надо охлаждать слишком быстро

и что материал можно утолщить

до сантиметров вместо микрометров.

Такой материал назвали
металлическое стекло или BMG.

В настоящее время существуют
тысячи разных видов BMG.

Так почему наши мосты и машины
не создаются из них?

Большинство BMG делаются
из дорогих материалов,

таких как палладий и цирконий,

и им нужно быть очень чистыми,

так как примеси
могут ускорить кристаллизацию.

Поэтому небоскрёб или космический корабль
из BMG обойдутся слишком дорого.

И несмотря на свои силы,

они не выдерживают большую нагрузку.

И когда она доходит до предела,
они могут cломаться,

поэтому BMG пока что не подходят
для строительства мостов.

Но когда инженеры выяснят,
как делать BMG из дешёвых материалов

и как сделать их ещё прочнее,

то для этих супер-материалов

не будет предела.