WEBVTT

00:00:06.791 --> 00:00:08.525
鋼鐵和塑膠，

00:00:08.525 --> 00:00:13.423
這兩種材料對於基礎設施
和科學技術都很重要，


00:00:13.423 --> 00:00:17.129
並且他們有互補的優點和缺點。

00:00:17.129 --> 00:00:18.900
鋼鐵既堅固又硬，

00:00:18.900 --> 00:00:21.249
但很難做出複雜的造型。

00:00:21.249 --> 00:00:23.885
塑膠可塑造成任何形狀，

00:00:23.885 --> 00:00:26.072
但既脆弱又軟。

00:00:26.072 --> 00:00:28.424
所以該有多好啊？──
如果有一種材料


00:00:28.424 --> 00:00:30.616
能像最強鋼鐵一樣堅硬，

00:00:30.616 --> 00:00:33.507
又像塑膠那樣可塑造的話。

00:00:33.507 --> 00:00:36.092
很多科學家和技術人員

00:00:36.092 --> 00:00:41.039
都為一個最近的發明感到興奮
──「金屬玻璃」，


00:00:41.039 --> 00:00:44.290
它兼具這兩種性能，甚至更多。

00:00:44.290 --> 00:00:47.509
金屬玻璃看起來有光澤且不透明，
像金屬一樣，


00:00:47.509 --> 00:00:51.120
同時也像金屬一樣可導熱和導電。

00:00:51.120 --> 00:00:53.500
但它們比大多數金屬堅硬很多，

00:00:53.500 --> 00:00:56.101
這意味它們可承受很大的力量，

00:00:56.101 --> 00:00:58.449
也不會被折彎或凹陷，

00:00:58.449 --> 00:01:00.193
可製成超銳利的手術刀、

00:01:00.193 --> 00:01:02.253
超堅硬的電子產品外殼、

00:01:02.253 --> 00:01:03.089
鉸鏈、

00:01:03.089 --> 00:01:04.132
螺絲釘；

00:01:04.132 --> 00:01:05.632
還不止於此。

00:01:05.632 --> 00:01:08.019
金屬玻璃還有一種極好的性能，

00:01:08.019 --> 00:01:10.755
能儲備及釋放彈性能量，

00:01:10.755 --> 00:01:13.133
使它們成為
製作體育用品的最佳選擇，


00:01:13.133 --> 00:01:14.258
比如網球拍、

00:01:14.258 --> 00:01:15.320
高爾夫球桿

00:01:15.320 --> 00:01:16.700
和滑雪板。

00:01:16.700 --> 00:01:18.219
它們不易腐蝕，

00:01:18.219 --> 00:01:22.375
且可被鑄成具有鏡面的複雜造型，

00:01:22.375 --> 00:01:24.499
只需一個鑄造步驟。

00:01:24.499 --> 00:01:26.812
儘管它們在常溫下很堅硬，

00:01:26.812 --> 00:01:29.202
如果把溫度升到攝氏幾百度，

00:01:29.202 --> 00:01:31.062
它們會明顯地變軟，

00:01:31.062 --> 00:01:34.474
並可塑造各式各樣你喜歡的形狀。

00:01:34.474 --> 00:01:35.832
當把它冷卻下來，

00:01:35.832 --> 00:01:38.278
就會恢復之前的強度。

00:01:38.278 --> 00:01:41.206
這所有奇妙的特性是從哪裡來的呢？

00:01:41.206 --> 00:01:45.519
實質上，這是和金屬玻璃
獨特的原子結構有關。


00:01:45.519 --> 00:01:48.154
多數的金屬在固態時是結晶體，

00:01:48.154 --> 00:01:52.278
意思是如果把它放大到
可以看到每個原子，


00:01:52.278 --> 00:01:56.304
它們呈現有序、循環的整齊排列，

00:01:56.304 --> 00:01:58.587
整個原料都是如此排列。

00:01:58.587 --> 00:01:59.871
冰是晶體，

00:01:59.871 --> 00:02:02.224
鑽石及鹽也是。

00:02:02.224 --> 00:02:04.603
如果你將這些原料加熱到融化它們，

00:02:04.603 --> 00:02:07.985
原子便可自由晃動且任意移動。

00:02:07.985 --> 00:02:09.590
但當你把它們冷卻下來，

00:02:09.590 --> 00:02:11.427
原子便自己重新排列，

00:02:11.427 --> 00:02:13.841
重組為晶體結構。

00:02:13.841 --> 00:02:17.219
但如果你能將融化的金屬快速降溫，

00:02:17.219 --> 00:02:20.055
快到原子們找不到它們應在的位置，

00:02:20.055 --> 00:02:21.914
此時，原料雖然是固體，

00:02:21.914 --> 00:02:26.356
但卻擁有液體的
混亂、非結晶的內在結構，


00:02:26.356 --> 00:02:28.096
這便是「金屬玻璃」。

00:02:28.096 --> 00:02:31.579
這種結構有另一個優點──
沒有晶粒邊界。


00:02:31.579 --> 00:02:33.472
多數金屬有晶粒邊界。

00:02:33.472 --> 00:02:38.784
晶粒邊界是原料較容易刮傷
或腐蝕的脆弱點。


00:02:38.784 --> 00:02:43.394
第一個金屬玻璃是在1960年
由金和矽做出來的。


00:02:43.394 --> 00:02:44.837
這並不容易。

00:02:44.837 --> 00:02:47.505
因為金屬原子結晶極為迅速，

00:02:47.505 --> 00:02:51.405
科學家必須把合金急速冷卻，

00:02:51.405 --> 00:02:54.527
一百萬開氏度每秒（降溫速度）

00:02:54.527 --> 00:02:57.456
藉著把微粒水珠射向冷銅片

00:02:57.456 --> 00:03:00.317
或做出超細的金屬絲。

00:03:00.317 --> 00:03:05.440
那時，金屬玻璃只能做成
幾十或幾百微米厚 (µm)，


00:03:05.440 --> 00:03:08.657
因太薄而不切實用。

00:03:08.657 --> 00:03:10.715
但是自此，科學家便發現

00:03:10.715 --> 00:03:14.318
如果將幾種容易混合的金屬互相摻雜，

00:03:14.318 --> 00:03:19.699
由於它們的原子大小極不相同，
致使不易結晶在一起， 


00:03:19.701 --> 00:03:22.945
這混合物的結晶速度就變慢許多。

00:03:22.945 --> 00:03:26.034
這意味不需要那麼快速降溫，

00:03:26.034 --> 00:03:27.616
所以材料可以比較厚，

00:03:27.616 --> 00:03:30.092
可達幾厘米厚 (cm) 而非微米 (µm)。

00:03:30.092 --> 00:03:34.375
這種材料稱為「大塊金屬玻璃」，或BMGs。

00:03:34.375 --> 00:03:37.042
現在已有幾百種不同的BMGs，

00:03:37.042 --> 00:03:40.109
但為什麼不是所有的橋和車
都用這些材料製做呢？


00:03:40.109 --> 00:03:44.349
目前許多可用的BMGs 都是用昂貴金屬做的，

00:03:44.349 --> 00:03:46.537
比如鈀和鋯，

00:03:46.537 --> 00:03:48.022
它們必須很純，

00:03:48.022 --> 00:03:51.374
因為任何雜質都會導致結晶。

00:03:51.374 --> 00:03:56.386
所以用 BMG 建摩天大樓或太空梭，
造價都是天文數字。


00:03:56.386 --> 00:03:57.776
儘管它們堅硬，

00:03:57.776 --> 00:04:02.089
但還不夠堅硬到足以做承重類的應用。

00:04:02.089 --> 00:04:05.082
當壓力很大時，
它們會毫無預警地折斷，


00:04:05.082 --> 00:04:08.206
對於例如橋之類，並不理想。

00:04:08.206 --> 00:04:12.065
但是如果工程師想出
如何用更便宜的金屬製造 BMGs，


00:04:12.065 --> 00:04:14.058
以及如何讓它們更堅硬，

00:04:14.058 --> 00:04:15.736
那麼這些超級材料

00:04:15.736 --> 00:04:17.309
真是潛能無限啊！