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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(wǎng)-《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(tǒng)玻璃材料的物理、力學、化學性能,在很多領(lǐng)域已經(jīng)得到應用,或者說有很大的應用潛力。航天方面,現(xiàn)在衛(wèi)星收集太陽能維持運轉(zhuǎn)的伸展機構(gòu)大多使用的是高分子農(nóng)業(yè)生產(chǎn)體系材料,存在易揮發(fā)和易老化的問題,會給整個系統(tǒng)運轉(zhuǎn)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(yōu)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(huán)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(yè)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(xiàn)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(wǎng)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?yōu)椴AУ倪^程稱為玻璃轉(zhuǎn)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(tài)物理中較深、較有趣的問題。
  
  再比如在玻璃化轉(zhuǎn)變過程中涉及到自然界的很多現(xiàn)象,讓有生命的與無生命的物質(zhì)產(chǎn)生許多奇妙的現(xiàn)象和結(jié)果。
  
  某些動物和植物可以在非常惡劣(高壓、低溫和干燥)的環(huán)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(tài)的保護作用——當嚴酷環(huán)境來臨時,這些生物就會進入潛生狀態(tài)——自己進入玻璃態(tài),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(zhuǎn)變方法實現(xiàn)“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(tài),理論上能保存十年。而且玻璃化冷凍復蘇概率遠高于傳統(tǒng)的慢速冷凍胚胎的復蘇率,胚胎解凍后就能移植進母體發(fā)育生長。
  
  如今,玻璃已經(jīng)越來越受到科技界的關(guān)注。紐約時報較近刊登了題為《玻璃本質(zhì)仍不清楚》的文章,指出玻璃本質(zhì)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(tài)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(shù)也能促進其他領(lǐng)域(如生物、材料學等)問題的解決。”

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