Return to Video

شیشه فلزی چیست؟ - آشوینی باراتولا

  • 0:07 - 0:09
    فولاد و پلاستیک.
  • 0:09 - 0:13
    این دو ماده برای بسیاری از
    زیرساختها و فناوریهای ما ضروری هستند٬
  • 0:13 - 0:17
    و آنها در یک سری نقطه ضعف و قوت
    دارند که مکمل هم هستند.
  • 0:17 - 0:19
    فولاد سخت و محکم است٬
  • 0:19 - 0:21
    اما به سختی شکل میپذیرد.
  • 0:21 - 0:24
    در حالی که پلاستیک میتواند
    تقریبا هر شکلی بگیرد٬
  • 0:24 - 0:26
    اما نرم و ضعیف است.
  • 0:26 - 0:28
    پس خوب نبود اگرفقط یک ماده داشتیم
  • 0:28 - 0:31
    که به اندازه فولاد محکم بود
  • 0:31 - 0:34
    و به اندازه پلاستیک شکل پذیر؟
  • 0:34 - 0:36
    خُب٬ عدهی زیادی از دانشمندان و متخصصان
  • 0:36 - 0:41
    درباره اختراعی نسبتا جدید
    به نام شیشه فلزی هیجانزده هستند
  • 0:41 - 0:44
    که هردوی آن ویژگیها
    و بیشتر از آن را دارد.
  • 0:44 - 0:48
    شیشه فلزی مثل فلزات براق و مات است٬
  • 0:48 - 0:51
    و همچنین مثل فلزات٬
    رسانای گرما و الکتریسیته است.
  • 0:51 - 0:54
    اما آنها بسیار محکمتر از
    اکثر فلزات هستند٬
  • 0:54 - 0:56
    و این یعنی میتوانند
    میزان قابل توجهی نیرو را
  • 0:56 - 0:58
    بدون خم شدن یا چین خوردن٬
    تحمل کنند.
  • 0:58 - 1:00
    و از آنها چاقوی جراحی بسیار تیز٬
  • 1:00 - 1:02
    جعبههای الکترونیکی بسیار قوی٬
  • 1:02 - 1:03
    لولاها٬
  • 1:03 - 1:04
    پیچها٬
  • 1:04 - 1:06
    و غیره ساخته میشود.
  • 1:06 - 1:08
    شیشه فلزی همچنین ظرفیتی
    باور نکردنی
  • 1:08 - 1:11
    برای ذخیره و آزاد کردن
    انرژی کشسانی دارد٬
  • 1:11 - 1:13
    که باعث میشود برای ساخت
    تجهیزات ورزشی٬
  • 1:13 - 1:14
    مثل راکت تنیس٬
  • 1:14 - 1:15
    چوب گلف٬
  • 1:15 - 1:17
    و اسکی هم مناسب باشند.
  • 1:17 - 1:18
    آنها در برابر خوردگی مقاوم هستند٬
  • 1:18 - 1:22
    و میتوانند در شکلهای پیچیده
    با سطحی آینه مانند ریخته گری شوند
  • 1:22 - 1:24
    تنها طی یک فرآیند قالب گیری.
  • 1:24 - 1:27
    با وجود استحکام آنها در دمای اتاق٬
  • 1:27 - 1:29
    اگر چند صد درجه سلسیوس گرمشان کنید٬
  • 1:29 - 1:31
    به طور قابل ملاحظهای نرم میشوند٬
  • 1:31 - 1:34
    و میتوانند به هر شکلی
    که بخواهید در بیایند.
  • 1:34 - 1:36
    سپس آنها را سرد کنید٬
  • 1:36 - 1:38
    و دوباره استحکام خود را به دست میآورند.
  • 1:38 - 1:41
    خوب این ویژگیهای شگفت آور
    از کجا آمدهاند؟
  • 1:41 - 1:46
    در اصل٬ این خواص به خاطر ساختار اتمی
    منحصر به فرد شیشه فلزی به وجود آمدهاند.
  • 1:46 - 1:48
    بیشتر فلزات در حالت جامد
    ساختاری بلوری دارند.
  • 1:48 - 1:52
    یعنی اگرآنقدر نزدیک بروید که
    اتمها را بتوانید ببینید٬
  • 1:52 - 1:56
    خواهید دید که آنها به شکلی منظم و دقیق در
    یک الگوی تکرار شونده قرار گرفتهاند
  • 1:56 - 1:59
    که در کل ماده ادامه پیدا کرده است.
  • 1:59 - 2:00
    یخ ساختار بلوری دارد٬
  • 2:00 - 2:01
    و الماس هم٬
  • 2:01 - 2:02
    و نمک.
  • 2:02 - 2:05
    اگر این مواد را به اندازه کافی
    گرم کنید تا ذوب شوند٬
  • 2:05 - 2:08
    اتمها میتوانند آزادانه تکان بخورند
    و به شکلی تصادفی حرکت کنند٬
  • 2:08 - 2:10
    اما وقتی که دوباره آنها را خنک کنید٬
  • 2:10 - 2:12
    اتمها دوباره نظم میگیرند٬
  • 2:12 - 2:14
    و بلور را شکل میدهند.
  • 2:14 - 2:17
    اما چه اتفاقی میافتد اگر یک فلز مذاب را
    آنقدر سریع خنک کنید
  • 2:17 - 2:20
    که اتمها نتوانند دوباره
    جای خود را پیدا کنند٬
  • 2:20 - 2:22
    پس ماده شکل جامد به خود بگیرد٬
  • 2:22 - 2:26
    اما ساختار داخلی آن مانند یک مایع
    بی نظم و پریشان باشد؟
  • 2:26 - 2:28
    این میشود شیشه فلزی.
  • 2:28 - 2:32
    این ساختار فاقد دامنه دانه بندی است
  • 2:32 - 2:33
    که بیشتر فلزات دارند.
  • 2:33 - 2:37
    اینها نقاط ضعیفی هستند که ماده
    در آنجا مستعد خراشیدگی
  • 2:37 - 2:39
    یا خوردگی است.
  • 2:39 - 2:43
    اولین شیشه فلزی در سال ۱۹۶۰
    از سیلیکون و طلا ساخته شد.
  • 2:43 - 2:45
    ساخت آن ساده نبود.
  • 2:45 - 2:48
    به این دلیل که اتمهای فلز
    به سرعت ساختار بلوری میگیرند٬
  • 2:48 - 2:51
    دانشمندان باید آلیاژ را با سرعت
    باورنکردنی سرد میکردند٬
  • 2:51 - 2:55
    با سرعت یک میلیون کلوین بر ثانیه٬
  • 2:55 - 2:57
    با شلیک قطرات بسیار کوچک مذاب
    به صفحههای مسی سرد٬
  • 2:57 - 3:00
    یا با چرخاندن نوارهای بسیار نازک.
  • 3:00 - 3:05
    در آن زمان٬ شیشه فلزی میتوانست تنها
    دهها یا صدها میکرون ضخامت داشته باشد٬
  • 3:05 - 3:09
    که برای اکثر کاربردها خیلی نازک بود٬
  • 3:09 - 3:11
    اما از آن زمان٬
    دانشمندان متوجه شدند
  • 3:11 - 3:14
    که اگر چند فلز را
    که به راحتی با هم ترکیب میشوند٬
  • 3:14 - 3:17
    اما به سختی تشکیل بلور میدهند
    را با هم مخلوط کنید٬
  • 3:17 - 3:20
    که معمولا این به خاطر
    تفاوت اندازه اتمهای آنها است٬
  • 3:20 - 3:23
    ترکیب با سرعت بسیار کمتری
    ساختار بلوری پیدا میکند.
  • 3:23 - 3:26
    که یعنی نیازی نیست ماده را
    آنقدرها هم سریع سرد کنید٬
  • 3:26 - 3:28
    پس ماده ضخامت بیشتری خواهد داشت٬
  • 3:28 - 3:30
    چند سانتی متر به جای چند میکرو متر.
  • 3:30 - 3:34
    این مواد شیشههای فلزی تودهای
    یا به اختصار BMG نامیده میشوند.
  • 3:34 - 3:37
    خوب امروزه صدها نوع مختلف
    از آنها وجود دارند٬
  • 3:37 - 3:40
    پس چرا ما همه پلها و ماشینها را
    از این مواد نمیسازیم؟
  • 3:40 - 3:44
    اکثر BMGهایی که امروزه در دسترس هستند
    از فلزات گران قیمت ساخته میشوند٬
  • 3:44 - 3:47
    مثل پالادیوم و زیرکونیوم٬
  • 3:47 - 3:48
    و باید بسیار هم خالص باشند
  • 3:48 - 3:51
    زیرا هر گونه ناخالصی موجب
    شکل گیری بلور میشود.
  • 3:51 - 3:56
    پس یک آسمان خراش یا فضاپیما از جنس BMG
    قیمتی نجومی خواهد داشت.
  • 3:56 - 3:58
    و با وجود استحکام بالای آنها٬
  • 3:58 - 4:02
    هنوز سختی لازم برای کاربردهای
    باربری را ندارند.
  • 4:02 - 4:05
    زمانی که تنشها زیاد میشوند٬
    ممکن است بدون اطلاع قبلی دچار شکست شوند٬
  • 4:05 - 4:08
    و این مسئله برای چیزی مثل یک پل
    اصلا مناسب نیست.
  • 4:08 - 4:12
    اما وقتی که دانشمندان راه ساختن این مواد
    از فلزات ارزانتر را پیدا کنند٬
  • 4:12 - 4:14
    و یاد بگیرند که سختی آنها را افزایش دهند٬
  • 4:14 - 4:16
    برای این مواد ممتاز٬
  • 4:16 - 4:18
    حد و مرزی وجود نخواهد داشت.
Title:
شیشه فلزی چیست؟ - آشوینی باراتولا
Description:

درس کامل در: http://ed.ted.com/lessons/what-is-metallic-glass-ashwini-bharathula

فولاد و پلاستیک برای بسیاری از زیرساخت‌ها و فناوری‌های ما ضروری هستند. فولاد سخت و محکم است٬ اما به سختی شکل می‌پذیرد. در حالی که پلاستیک می‌تواند تقریبا هر شکلی بگیرد٬ اما نرم و ضعیف است. پس خوب نمی‌شد اگرفقط یک ماده داشتیم که به اندازه فولاد محکم بود و به اندازه پلاستیک شکل پذیر؟ آشوینی باراتولا آینده شیشه فلزی را شرح می‌دهد.

درس از آشوینی باراتولا٬ انیمیشن از استودیو تینموس انیمشن.
more » « less
Video Language:
English
Team:
closed TED
Project:
TED-Ed
Duration:
04:34

Persian subtitles

Revisions

Our website uses cookies for analysis purposes.