容損金屬玻璃

一種新型的容損金屬玻璃，已經被證明超出了任何已知材料的強度和韌性，美國能源部（DOE）、勞倫斯伯克利國家實驗室（伯克利實驗室）和加州理工學院的研究人員合作測試通過了這一新發現。更令人驚喜的是，這種玻璃似乎很快就能投入日常使用。

基本介紹

• 中文名：容損金屬玻璃
• 外文名：無
• 特點：超出了任何已知材料的強度
• 研發單位：勞倫斯伯克利國家實驗室

容損金屬玻璃 - 構成

這種新型金屬玻璃加入了一些微量的鈀元素，一種具有超高“容積剪下率”的堅硬金屬元素，它抵消了玻璃材料不可避免的脆弱易碎性。由於含鈀元素這種高容積剪下率的金屬，剪下帶形成所需要的能量遠低於剪下帶斷開成為裂口的能量，這就導致了這種玻璃具有超強的可塑性，能夠抵抗巨大的衝擊力，這種衝擊力只能讓它彎曲，而不是碎裂。

容損金屬玻璃 - 研究

玻璃材料具有非結晶、無定形的結構，使它們雖然非常堅固，但也極度易碎，而金屬的晶體結構可以提供抵抗碎裂的阻力（包括內含的某些雜質、晶界等），從而抑制碎裂的裂縫生成並擴大。而玻璃並不具備這種晶體結構，所以無法制止碎裂的裂紋擴展。而這個問題在金屬玻璃上顯得更為尖銳，哪怕一個小小的剪下帶都能在微弱的力量作用下進行災難性的擴大。

在早期的研究工作中，在伯克利實驗室和加州理工學院的合作之下，製造出被稱為“DH3”的金屬玻璃，其中金屬晶相的介入能夠阻斷裂紋擴展。這種金屬晶相採取樹突的形式滲透到玻璃的非晶結構，用以防止裂紋蔓延成一個開放的裂口。而在這個新的工藝中，合作者們製作出了純玻璃材料，其獨特的化學成分起到了促使通過多重剪下帶形成從而制止裂縫的擴大。

最初的新玻璃材料樣本是由含磷、矽和鍺的微量鈀元素混合，取得了直徑約一毫米的玻璃棒，而後來加州理工學院的研究人員添加了銀元素，讓玻璃棒的厚度擴大到六毫米。這種金屬玻璃的大小是有限的，必須迅速冷卻或者“淬火”，才能得到最後的非晶態液態金屬。

容損金屬玻璃 - 意義

“我們的研究結果標誌著金屬玻璃的製造得到了第一次戰略性的運用。我們相信可以利用這一工藝來製造更強更堅韌的玻璃製品。”主持這一研究的伯克利實驗室材料學家羅伯特·里奇如是說。