金属玻璃：比塑料易塑，比不锈钢还刚

    经过多年攻关，我国科学家近年来在金属玻璃的制备和机理研究上获得一系列重大进展，并成功制备出用于卫星太阳能电池等伸展机构的非晶合金材料。大型太阳能电池阵伸展机构、空间探测器的盘压伸杆等零部件是卫星关键部件，要求材料有高强度高弹性等特性。由于我国没有这种高性能材料，这些部件往往要依靠进口。北京航空航天大学张涛教授的团队成功制备出用于卫星太阳能电池阵伸展机构的非晶合金材料，为应用创造了可能。科学家还将金属玻璃粉体用于润滑等领域，利用其高硬度、高弹性、低摩擦系数等特性，提高了润滑油的性能。
    3000多年前，一艘欧洲腓尼基人的商船，满载着晶体矿物“天然苏打”，航行在地中海沿岸的贝鲁斯河上。由于海水落潮，商船搁浅了，于是船员们纷纷登上沙滩。有的船员还抬来大锅，搬来木柴，并用几块“天然苏打”作为大锅的支架，在沙滩上做起饭来。他们撤退时发现锅下面的沙地上有一些晶莹明亮、闪闪发光的东西！这些闪亮的物体就是最早的人工玻璃。
    1959年，加利福尼亚理工学院杜威兹教授等人用制备玻璃的方法，将高温金—硅合金熔体喷射到高速旋转的铜辊上，以每秒一百万度的冷却速度快速冷却熔体，第一次制备得到了不透亮的玻璃。当时的一位物理学家看到这种合金材料时，曾嘲讽地说这是一种“愚蠢的合金”。这种不透亮的、看起来“愚蠢的”东西，就是在材料科学领域开辟出一条新道路的金属玻璃。
    金属玻璃是玻璃吗？它的用途是什么？它与我们的生产、生活有什么关系？今天我们对它内部结构是否了解？与其他材料相比，有什么特别之处？是否可以为我们所用？带着这些问题，记者采访了中科院物理研究所研究员汪卫华。
    ——年轻有为的新材料——
    ■高弹性、高强度、强软磁性
    汪卫华向记者介绍道，人们日常常见的材料如塑料、玻璃、松香、石蜡、沥青、橡胶等都是非晶态固体。它们共同的结构特征是内部原子或分子的排列呈现杂乱无章的高度无序分布状态。如果说钢铁等晶态固体的原子排序好比列队整齐的阅兵式，那么，玻璃等非晶态固体的原子排序就像是王府井大街上熙熙攘攘的人群。金属玻璃是由常用金属元素组成的，从颜色和外形看与普通金属材料没有什么不同，但其力学、物理、化学研究机械性能几方面都发生了显著的变化。
    材料按性能不同可以分为结构材料和功能材料。结构材料利用其力学性能，制造受力构件所用的材料，如钢筋水泥、沙子石子；功能材料是指具有除力学性能以外的其他物理性能的特殊材料，如超导材料、能源材料。金属玻璃无论在结构还是功能上，都有具有较传统材料更为优异的性能。
    含有金属元素不同，金属玻璃有不同的特性。汪卫华说，含有铁元素的金属玻璃可以作磁性材料或作催化剂，含有钴元素的金属玻璃可以作为磁敏感材料，含有钛、锆元素的金属玻璃具有高弹性和高强度，而含有稀土元素的金属玻璃具有很多功能特性。
    ——它将走进生活——
    ■有可能成为航天、军事、工业重要基础材料
    航天方面，现在卫星收集太阳能维持运转的伸展机构大多使用的是高分子有机材料，存在易挥发和易老化的问题，会给整个系统运转造成障碍，因此，耐腐蚀、抗撞击、耐冷热的金属玻璃有可能在未来成为理想的候选材料。
    军事方面，由于其优异的力学性能，金属玻璃可用来制造反坦克的动能穿甲弹。金属玻璃和钨复合制成的穿甲弹头，密度高、强度大、穿甲性能好，具有自锐效应，也具有贫铀弹头的高绝热剪切敏感性，有望取代对人类健康和环境造成严重危害的贫铀弹。
    工业方面，电压变压器芯体要求物质具有软磁性，软磁性越高，在芯体上损失的能量越少。现在变压器普遍使用的是硅钢片，而具有较高软磁性的金属玻璃可以使变压器重量减轻1/3，能量耗损减少1/3。同时，金属玻璃也正在成为电力、电力电子和电子信息领域不可缺少的重要基础材料。
    生活中，高强度的金属玻璃已被应用于网球拍、自行车、潜水装置等体育装备上；磁
    敏感的金属玻璃也用于书、光盘的防盗标签……不

[1] [2] [3] 下一页