显微镜下的金属玻璃

这种无序的原子结构决定了金属玻璃拥有很多晶态金属无法企及的优越性质，比如高强度、高弹性、高硬度、耐腐蚀、耐摩擦等等。那么金属玻璃的强度有多高呢？金属玻璃家族的屈服强度分布于从0.5GPa到6GPa的范围，而已知的铁基或钴基金属玻璃强度一般为3~6GPa。 这个数字是什么概念呢？ 假如拿一个重约1.5吨的小汽车来说，如果用普通钢材支撑它，大概需要7~10根直径2毫米的钢筋，而改用铁基金属玻璃我们只需要1根就够了。

大部分金属玻璃体系都是由100%金属组成的合金，比如Cu， Zr， Al， Fe， Co， Ni， Mg，Zn， Ca， Yb， Ce等。但是也有好多体系包含非金属元素，比如Si，C， P，B等，含量可能达到20 at.%以上。但是金属玻璃都是导电的，电阻率比普通金属高1~2个数量级，具体和成分和制备条件相关。

 

一般金属玻璃是不透明的（块体、普通条带），但是当厚度降到纳米级别后就变得透明了。是否透明（透射可见光）是由材料的电子结构决定的，很多晶态的绝缘体（如NaCl，氧化物、聚合物）也都是透明的。所以透明不是玻璃的本质；原子无序排列是玻璃的本质。

 

金属玻璃是一种优异的磁性材料，具有高饱和磁感应、低铁损等优点，同时还具有较高的耐磨性和耐犒蚀的特点。来制造收录机的磁头，可以避免磁头尖部的脱落现象、降低磁头与磁带摩擦发出的噪声，这将会给人们带来优美、清晰的音质和理想的音响效果。

要了解“金属玻璃”，首先得了解什么是金属，什么是玻璃以及两者的差别。金属在从液态冷却凝固的过程中有确定的凝固点，原子按一定的规律排列，形成晶体；而玻璃从液态到固态是连续变动的，没有明确的分界线，即没有固定凝固点。因此，金属是一种典型的晶体材料，它的许多特性是由其内部晶体结构决定的；而玻璃却是一种非晶体材料，固态玻璃和液态玻璃内部原子呈无序排列。 大部分的金属在冷却时都会结晶，把它们的原子排列成有规则的图案，叫做格构。但如果结晶不出现，原子便会随机排列，成为金属玻璃 。

新型金属玻璃最主要特点和优势是具有很高的强度、硬度、弹性、刚性，它可以经受180°弯曲而不断裂，是钢的5倍。具有迄今为止金属所没有的各种特性。总之，与结晶金属相比，金属玻璃没有结晶结构，原子在一点点的间隙中有活动余地，因此它比普通金属的弯曲性、复原性更好。科学家还发现金属玻璃比结晶金属的弹性极限提高了3倍。另外，在耐腐蚀性上，由于结晶金属存在“缺陷”，容易给腐蚀的发生提供缝隙，而金属玻璃的表面整齐致密，不给腐蚀提供任何机会，所以其耐腐蚀性更强。如果再使用一种以上的耐腐金属作为金属玻璃的成分，那么这种金属玻璃的耐腐蚀性就会大大加强。因此金属玻璃被人们赞为“敲不碎、砸不烂”的“玻璃之王”． 

美国利用金属玻璃出色的弹性进行防弹车身和战舰的研制。日本考虑到这种材料的成本昂贵，目前还没考虑用于普通轿车的计划，但是他们正在研究用于汽车刹车器等压力传感器上。压力传感器是通过金属的应变量来进行工作的。科学家介绍，与原来使用的材料相比，使用金属玻璃可以将灵敏度提高3.8倍。将来，一旦燃料电池汽车普及，它将成为不可或缺的元件。因为在燃料电池汽车中，为了检测氢气或空气的压力，耐用性强、灵敏度高的压力传感器将必不可少。

 

金属玻璃还将在纳米领域内大显威力。金属玻璃能够像玻璃那样自由变形加工。过去人们把熔融的结晶金属浇铸到模子里，也能制造出与模子形状一样的产品。但是结晶金属在冷却凝聚成结晶时，因有结晶的错位等缺陷，如果在显微镜下观察，表面会呈现凹凸不平的状态。为此，从纳米尺度来看，我们是无法正确复制这个产品的。如果我们把金属玻璃照旧以过冷却液体浇铸到模子里凝固。就能够精确地复制产品。

迄今为止能够自由加工的是塑料等高分子材料。现在，金属玻璃除了与塑料一样可自由地加工外，强度还高，这无疑将使它成为代替塑料的材料。科学家们正在抓紧时间利用金属玻璃研制出更小的马达。例如小型的相机或内检镜，以及微型机器人等的驱动马达等。其中有一种“血管疏通器”，是安装在导管前的旋翼叶片，就是用金属玻璃制造的微型马达驱动，它可以除掉堵塞血管的血栓等。

金属玻璃还是一种优异的磁性材料，具有高饱和磁感应、低铁损等优点。如果用金属玻璃来制造收录机的磁头，可以避免磁头尖部的脱落现象，降低磁头与磁带摩擦发出的噪声，这将会给人们带来优美清晰的音质和理想的音响效果。另外，如果用金属玻璃来代替变压器中的硅钢片，可使变压器的空载损耗减少三分之二。照此推算，如果全中国家庭的变压器都采用金属玻璃铁芯，那么，每年全国可节约100亿千瓦时电能，约合50亿人民币。

现在实际制造出来的金属玻璃有1000种左右。但是如果合理组合各种金属元素，理论上可能有1万种以上的金属玻璃。由此看来，用金属玻璃开启的新金属文明前景灿烂