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可彎的玻璃

Original publish date:Apr 03, 2007

編輯 tslim 報導

 

金屬玻璃(metallic glass)的可彎曲程度越來越大了,這也使得它們在應用上越來越重要。

雖然金屬玻璃的強度較大,但是此性質也造成它比較易碎。在一般的金屬中,原子是排列成均勻的晶體陣列的,或是至少是由許多小區域的規則結晶互相堆疊而成的。因此當金屬受到應力作用時,結晶的小區域會平移到鄰近的區域而與鄰近區域的原子保持互相吸引的狀態,使得金屬可以保持彎曲而不會斷裂。但是在金屬玻璃裡的原子卻是沒有規律地任意分佈在材料裡面,就像液體一樣。因此一旦受到應力,每個原子平移後找不到同時相互吸引的原子,因而就造成斷裂。

在過去,研究人員就已經藉著將金屬和小的奈米粒子混和,做出可以彎曲的金屬玻璃。在這些金屬玻璃裡的裂縫會沿著材料傳遞,直到碰到奈米粒子為止。但是這些金屬玻璃只能稍微地彎曲,而且,這些材料的製作相當困難且昂貴。因此在Chinese Academy of Science’s Institute of Physics in Beijing的物理學家Wei Hua Wang及其同僚才想設法尋找更簡單的解決方案。他們在一般被用來製作金屬玻璃的原料鋯、鋁、銅及鎳中尋找配方,最後他們找到了一個簡單的方法,可以使得在材料中正好是堅硬且高密度的區域外面包著軟的低密度的區域。因此,當研究人員彎折材料時,從某個區域開始的裂縫不會傳到下一個區域。材料不再因為一個小裂縫而整個碎掉,而是會把應力分散到許多的小裂縫,使得它比之前的材料可以有更大程度的彎曲。這個結果發表於2007年三月九日的Science上。

Stanford University in California的材料學家Reinhold Dauskardt認為這是個相當重要的結果。可是他也注意到,在論文裡呈現的數據只集中在當材料受到擠壓時的情形,而沒有被拉扯時的情形。後者關係到的是材料所可以承受的張力為何,這是在許多的應用上,例如支撐建築物的結構,ㄧ個很重要的性質。因此,如果這個新的材料也可以承受這種形式應力的話,那就幾乎可以取代大部分現有的材料了。

 

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