金属玻璃是什么？- 阿什维尼·巴拉图拉

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钢铁和塑料是对于基础设施和科学技术很重要的两种材料。钢铁又硬又坚韧，却很难塑造出复杂的造型。塑料很容易被塑造成各种形状，但是又脆又软。所以，如果这个世界上有一种材料能像钢铁一样坚硬，又能像塑料一样容易塑形就好了。阿什维尼·巴拉图拉在讨论金属玻璃的未来。

课程：阿什维尼·巴拉图拉，动画：锡老鼠动画工作室

钢铁和塑料，

这两种材料对于基础设施和科学技术都很重要，

并且他们有互补的优点和缺点。

钢铁又硬又坚韧，

但是却很难塑造出复杂的造型。

塑料很容易被塑造成各种形状，

但是又脆又软。

所以，如果这个世界上有一种材料

能像钢铁一样坚硬

又能像塑料一样容易塑形，那该多好？

因此，很多科学家和技术人员

都为一个新发明而感到兴奋－－金属玻璃，

它同时拥有这两个优点！

金属玻璃看着像金属一样闪闪发光，并且不透明，

同时还可以像金属一样导热和导电。

但是它要比大多数金属坚硬得多，

这也就意味着它们可以承受很强的力，

却不会被折弯或折断，

所以它们可以被用来制作超锋利的手术刀、

超耐摔的电子产品、

铰链、

螺钉，

它可以制作的东西还不止于此。

金属玻璃还有一个超牛的本领

它可以储备并且释放弹性势能，

这个优点让它们成为制造体育用品优越的材料。

比如网球拍、

高尔夫球杆

和雪杖。

它不易被腐蚀，

并且可以塑造出有着光滑表面的复杂造型。

而这些，仅仅需要模具塑形。

尽管它在常温下很坚韧，

如果你把它放在几百度的高温下

它便能很快的变软，

并且塑造出各种各样你喜欢的形状。

当把它冷却下来，

就又会恢复之前的强度。

它的这些奇妙之处都从哪里来的呢？

从本质上来看，这些都归根于它奇特的分子结构。

大多数金属都是晶体般的的固体结构，

这也就意味着当你把它放在显微镜下放大去观察它的分子结构，

分子是整齐地周期性排列着的，

排满整块金属。

冰、

钻石、

还有盐，都是晶体。

如果你把以上这些加热并且融化，

他们的分子就被释放出来并可以自由移动，

但当你再一次把它冷却下来，

这些原子便自发的重新排列起来，

重新变成晶体结构。

但是如果你可以很快地融化这些金属，

快到原子们找不到它们应在的位置，

那么这时，金属虽然变成了固体，

但是却拥有像液体一样混乱的非晶体结构。

这便是金属玻璃。

这种结构优点还有：它没有晶粒边界，

大多数金属有晶粒边界。

晶粒边界是大多数金属最容易被刮破的脆弱的地方，

这些地方也容易被腐蚀。

【加州理工学院】
金属玻璃最初是由金子和硅在1960年做出来的。

这并不容易。

因为金属原子结晶极为迅速，

所以科学家们必须极快地把合金冷却，

大概是以一百万开氏度每秒，

他们把微粒射向冷铜片

或者极薄的旋转带。

在那时，金属玻璃只能有几十或几百微米厚，

这在应用中非常不切实际。

但是在那时以后，科学家们便发现

如果你将几种可以任意混合的金属混合在一起，

它们便很难在一起结晶，

这往往归因于它们的原子大小不同，

它们的混合体结晶就慢了很多。

这也就意味着你不需要那么快降温，

所以最后得到的材料变得厚了很多，

可以达到几厘米厚。

这种材料被叫做块状金属玻璃，或BMGs。

现在我们有几百种不同的BMG，

但是我们为什么不用他们做桥，做车呢？

已知的玻璃金属都是用昂贵材料做的，

比如钯和锆，

并且用的都是极纯净的金属，

因为任何杂质都会加速结晶。

所以不管是用玻璃金属制作摩天大楼还是航天飞机都过于昂贵。

尽管它们坚硬，

可它们的韧性还不足以做承重类的应用。

当压力很大的时候，它们容易毫无预兆地折断，

这对于造桥可并不理想。

但是如果工程师们可以想出怎么能用便宜的金属制造金属玻璃，

同时也想出怎么能让它们的韧性变强，

那么这些材料

便把人类的极限推到了天界的尽头。