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Sciscape新聞報導

[Aug 08, 2005]

物理:未來的材料--非晶質金屬


編輯 tslim 報導

一種具有未來性的合金--非晶質金屬(amorphous mentals)--也許有一天將結合金屬原有的強度及導電性以及塑膠的廉價及多變性,造成在許多工業上的大革命。例如:使汽車更便宜且更安全或是使奈米元件更容易精密的成形。

鋼鐵的硬度很高,但是很難去塑型,一定要在很高的溫度下,才能夠彎曲它或將它到入模具中。一般的金屬是由晶體所組合而成的,晶體的結構可以使金屬具有延展性不易斷裂。而非晶質金屬的結構是不規則的,或是說在原子尺度下是無序的,就像塑膠或玻璃一樣。因此,非晶質金屬通常就像玻璃般易碎。相反的,鋼鐵在經過擠壓後會變得更堅硬,所以人家說百煉而成鋼。然而,非晶質金屬將來有可能變得如鋼鐵般堅硬又如塑膠般多變

在2005年五月二十七日出版的Physical Review Letters中,有兩篇文章分別發表了兩種不同的非晶質金屬,一種有如鋼鐵般堅硬,另一種則有如塑膠般多變。在由Jurgen Eckert所領軍的Technical University of Darmstadt in Germany 以及 Wei Hua Wang of the Chinese Academy of Sciences in Beijing的團隊中,研究人員將適量的鋁原子加入銅合金中,得到了一種非晶質材料。這種材料在壓力下會變得更堅硬,且比傳統的鋼更耐磨及抗腐蝕。研究人員相信這種材料之所以在壓力下會變得更堅硬,可能是由於奈米尺度的原子叢集atomic clusters所造成的。這些原子叢集就像在鋼鐵中的小晶體一樣,可以增加材料的延展性。小組成員Jayanta Das表示,這些粒子可以在電子顯微鏡下看到,但是我們還不知道它們的詳細結構。研究人員目前能製造出兩釐米厚的板子,可以用在膝上型電腦或手機的外殼上。

另一個在中國大陸的研究團隊則提出了另一種稱為金屬塑膠metallic plastic的材料。就像玻璃或塑膠一樣,這種非晶質金屬在加熱的過程中會逐漸變軟,而非如一般的金屬突然從固態變成液態。這也就是為什麼我們可以將玻璃"吹"成不同的形狀。前面所提到的的非晶質金屬的相變溫度是在攝氏上百到上千度。但是這個團隊所製作出來以鈰合金為主的材料則可以在熱水中塑型,也就是小於攝氏一百度。這使得它可以簡便的應用在奈米技術上,用來製造奈米級的原件,例如刻畫在CD上的奈米級位元。

California Institute of Technology in Pasadena的William Johnson表示,理想的非晶質金屬應該兼具便宜的原料並結合上述兩種材料的好處。雖然鈰金屬相當貴,但是金屬塑膠的提出確實證實了低溫可塑性low-temperature malleability是可行的。當然,如果你不希望你的膝上型電腦或手機被熱水潑到就變成黏膠,那材料的相變溫度就應該要再提高一些。而那銅合金的非晶質金屬經過改良將是飛行器或汽車底盤的好材料,因為它可以產生形變去吸收撞擊的能量而且在經過擠壓後變得更堅硬。

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