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新材料金屬玻璃——玻璃與金屬的無缺合體

來源:光明網-《光明日報》 作者:中科院物理所研究員 2012/6/5 14:17:46

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  金屬玻璃由于具有很多不同于傳統玻璃材料的物理、力學、化學性能,在很多領域已經得到應用,或者說有很大的應用潛力。航天方面,現在衛星收集太陽能維持運轉的伸展機構大多使用的是高分子農業生產體系材料,存在易揮發和易老化的問題,會給整個系統運轉造成障礙。因此,耐腐蝕、抗撞擊、耐冷熱的金屬玻璃有可能在未來成為理想的候選材料。金屬玻璃還被用來收集太陽風,研究太陽的起源。
  
  軍事方面,由于其優異的力學性能,金屬玻璃可用來制造動能破甲、穿甲彈。金屬玻璃和鎢復合制成的穿甲彈頭,密度高、強度大、穿甲性能好,具有自銳效應,也具有貧鈾彈頭的高絕熱剪切敏感性,有望取代對環境造成嚴重危害的貧鈾彈。鐵設立資金屬玻璃可用于艦艇防腐、防磁。
  
  工業方面,電壓變壓器芯體要求材料具有軟磁性,軟磁性越高,在芯體上損失的能量越少。現在變壓器普遍使用的是硅鋼片,而具有較高軟磁性的金屬玻璃可以使變壓器重量減輕1/3,能量耗損減少1/3。
  
  日常生活中,高度度的金屬玻璃已被應用于滑雪、網球、高爾夫球拍、自行車、潛水裝置等體育裝備上;磁敏感的金屬玻璃也用于書、光盤的防盜標簽。相信在不久的將來,隨著其制備工藝和研究進展,我們將可以看到金屬玻璃制成的手表表殼、高等手機、手提電腦外殼,以及在汽車重要部件上的應用。
  
  C、神秘的玻璃世界
  
  玻璃是我們較熟悉的材料之一,它雖然普通,但絕不簡單——玻璃包含很多深奧的科學問題,人們至今對這些問題的認識還很膚淺——為什么玻璃會形成?玻璃到底是固體還是液體?玻璃為什么很脆?玻璃脆性斷裂機理是什么?液體和熔體變為玻璃的過程稱為玻璃轉變,它是各種玻璃制造中幾乎都涉及到的一個不可缺少的過程。諾貝爾物理學獎獲得者Anderson曾稱其是凝聚態物理中較深、較有趣的問題。
  
  再比如在玻璃化轉變過程中涉及到自然界的很多現象,讓有生命的與無生命的物質產生許多奇妙的現象和結果。
  
  某些動物和植物可以在非常惡劣(高壓、低溫和干燥)的環境下生存,被認為是生命力較強的動物,其實它們就是借助玻璃態的保護作用——當嚴酷環境來臨時,這些生物就會進入潛生狀態——自己進入玻璃態,保護自身籌備不受傷害。當外界條件改善后,它們又可以重新恢復精力。
  
  科學家也嘗試著用類似的方法來長期保存生物體、血液、藥品等。像玻璃一樣透明清澈的試嬰兒冷凍備選胚胎,就是采用玻璃轉變方法實現“玻璃化”冷凍。這種方法降溫速度快,對胚胎影響小。玻璃化保存胚胎的作用在于萬一患者初次懷孕失敗,可以將冷凍胚胎解凍后再次進行胚胎移植,還可使用保存下來的胚胎再次生育。在零下196℃的情況下,玻璃化凍存的胚胎和卵子的代謝幾乎處于靜止狀態,理論上能保存十年。而且玻璃化冷凍復蘇概率遠高于傳統的慢速冷凍胚胎的復蘇率,胚胎解凍后就能移植進母體發育生長。
  
  如今,玻璃已經越來越受到科技界的關注。紐約時報較近刊登了題為《玻璃本質仍不清楚》的文章,指出玻璃本質研究的重要性:“認識玻璃不僅可以解決一個長期基本(值得獲諾貝爾獎)的問題,且能獲得更好的玻璃材料,還可能對制藥有幫助。因為非晶態的藥更容易被身體吸收,從而使很多藥物可以避免使用注射方法,而是直接口服。玻璃研究的手段和技術也能促進其他領域(如生物、材料學等)問題的解決。”

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