金属也可以做成玻璃态吗？它的应用你肯定想不到

什么是玻璃态材料？有人也许会说，不就是水杯、窗户嘛！没错，除此之外，我们常见的烛炬、橡胶、光纤等也属于玻璃态材料。它们有什么特点呢？分歧于原子整洁排列的晶体材料，这些材料具有长程无序、短程有序的原子结构。

假如把晶体结构比作有序的行列，玻璃结构则更像是市井上的人群。无序孕育着无穷能够，玻璃态材料具有一系列很是宝贵的特征，各向同性，亚稳性、高强度、高弹性、耐腐蚀、耐磨性等。正是这些杰出特征的存在，让它不但在修建、汽车、家庭用品等方面利用普遍，更是信息通讯、航空航天等尖端范畴的关键材料。
上述提到的玻璃态材料都是非金属的，而平常生活中到处可见的金属材料能否被做成玻璃态材料呢？答案是必定的，这类材料就是金属玻璃，也叫非晶合金。

一般情况下，我们可以将还未结晶的高温金属熔体，比如Fe基合金、Co基合金、Fe-Ni合金等，经过甩带的方式快速冷却，就获得了金属玻璃材料。它的微观结构不像常见的金属那样原子整洁排列，而是和玻璃一样，原子排列紊乱无序。这类特别的结构赋予了它很多独有的性能，如优异的软磁性能、力学性能、化学性能等，从而被利用到电力电子、信息通讯、交通运输、能源等各个范畴。
金属玻璃具有较高的饱和磁感应强度、高磁导率和低矫顽力等，用它制成的电子元器件，结构加倍小型化、轻量化，而且消耗小，对于实现节能减排具有重要意义。

比如，相较于传统材料，金属玻璃被用在配电变压器上可以使空载消耗下降70-80%。不但如此，金属玻璃还可以被制成铁芯利用到高速机电中。特别是在中高频的利用处所中，传统硅钢机电铁芯消耗急剧升高，用金属玻璃取代后，一般可使机电运转效力进步至95%以上，甚至可到达98%，节能上风明显。

随着5G时代的到来，金属玻璃也发挥了重要感化。
将金属玻璃利用到无线充电技术中，操纵它的高磁导率特征，可以明显进步充电功率。这是由于在材料的内部结构中，分离着无数个小磁体，我们把它叫作磁畴。
金属玻璃的磁畴结构比力法则，但晶体的磁畴结构不但混乱，而且偏向分歧。当外磁场感化时，晶体的晶界就像一堵墙，会障碍磁畴的活动；金属玻璃由于没有晶界、位错等，轻易在较大范围内构成法则排列的磁畴，对外磁场响应敏感，显现高磁导率特征。
是以，在磁感应式无线充电中增加金属玻璃，就比如增加了一个聚光镜，使原本空间发散的磁感线加倍集合，接收线圈就会获得更多的磁信号，充电更快，效力更高。
今朝，金属玻璃已经成功利用得手机、智能腕表和电动汽车中，成为了无线充电技术最关键的材料之一。

究竟上，金属玻璃的利用远景并不止上述这些。正是由于它所具有的各类奇妙特征，这一奇异材料所展现出的“十八般技艺”才远远超乎了我们的设想。
金属玻璃具有高强度，如钴基块体金属玻璃，它的断裂强度高达6.0GPa，铁基金属玻璃的断裂强度可以到达3.6GPa，是一般结构钢的数倍。
金属玻璃具有高弹性，它的弹性极限是一般晶体合金的几倍到几十倍。用锆基金属玻璃建造高尔夫球杆的击球头，可以将接近99%的能量传递到球上，其击球间隔比普通球杆远1.3倍。操纵金属玻璃的高弹性还可以建造各类空间利用零部件，如作为航天器机械臂关减省速器利用的谐波齿轮、用于减震的弹性多孔金属橡胶等。
金属玻璃是一种功用材料，可以用来清洁水净化、用以储能和析氢，为处理情况净化和能源存储等题目供给了新思绪。比如铁基、镁基、铝基等金属玻璃可以降解偶氮染料溶液，其褪色速度是响应晶态合金的几十甚至上千倍。金属玻璃通曩昔合金化可以制备纳米多孔复合结构，从而大幅进步离子和电子的输运特征，终极比电容增加，这类高储能密度纳米多孔材料有望作为柔性自支持超级电容器电极获得利用。金属玻璃具有较高的析氢催化活性，是一种理想的自力式催化电极。

金属玻璃是一种磁制冷材料，具有较宽的工作温区、大的磁熵变和强迫冷才能。如开辟的一种新型磁制冷材料可以实现从50K到室温的制冷，制冷才能大于1000Jkg-1,在冰箱、冰柜、高温制冷装备、冷冻电镜等范畴具有广漠的潜伏利用代价。

金属玻璃的出现，对人类材料科学范畴而言有着变化性的意义，未来它将在能源、生命健康、国防军工等范畴继续大放异彩。路漫漫其修远兮，吾将高低而求索。惟有不懈奋斗，才是我国新材料不竭向前成长的不竭动力和久长希望！
参考文献：
汪卫华. 非晶态物资的本质和特征[J]. 物理学停顿, 2013, 33(5): 177-351.
出品：科普中国
作者：姚冰楠、王军强（中国科学院宁波材料技术与工程研讨所）
监制：中国科普博览

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