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金属ガラスとは？ ― アシュウィニ・バラシュラ

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    鋼とプラスチック
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    どちらも多くのインフラや技術に
    欠かせないもので
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    それらの強みと弱点は互いに補完的です
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    鋼は丈夫で固いものの
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    複雑な形に成型するのは
    簡単ではありません
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    一方 プラスチックは
    どんな形にでもできるものの
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    脆弱で柔らかいという性質があります
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    では １種類の物質で
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    鋼のように丈夫で
    プラスチックのように―
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    加工しやすいものがあったら
    便利だと思いませんか？
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    多くの科学者や技術者は
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    両者の性質や それ以上の特長をもった
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    金属ガラスの発明に
    注目しています
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    金属ガラスには金属と同様の
    光沢があり不透明で
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    やはり金属と同様に
    熱や電気を通しやすい性質があります
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    しかし 他のほとんどの金属よりも丈夫で―
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    つまり 強い力を加えても
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    曲がったり凹んだりしません
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    そのため とても先の尖ったメスや
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    非常に頑強な電子製品のケースや
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    ちょうつがい
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    ネジなど
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    その用途は まだまだ あります
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    金属ガラスには
    さらに素晴らしい性質もあります
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    弾性エネルギーを蓄え 解放できるので
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    スポーツ用品にもってこいです
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    たとえば テニスラケット
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    ゴルフクラブ
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    スキー板などです
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    耐食性があり
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    一回の流し込み工程で
    鏡のような表面を持つ複雑な形に
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    鋳造することができます
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    室温状態での強度に対して
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    数百℃の高温にすると
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    とても柔らかくなり
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    自由な形に作り変えることが出来るのです
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    再び冷却すると
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    強度を取り戻します
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    このような素晴らしい性質の源は
    どこにあるのでしょう？
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    本質的に それは金属ガラス特有の
    原子構造にあります
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    多くの金属は固体として結晶化しています
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    つまり 個々の金属が判別できるまで
    拡大して見てみると
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    秩序だった繰り返しパターンで
    整然と並んでおり
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    それは物質の隅々まで続いています
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    氷は結晶でできています
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    ダイアモンドも
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    食塩もそうです
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    これらの物質を十分に加熱して
    融解させると
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    原子は自由に振動し
    無造作に動き回りますが
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    再び冷却すると
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    原子は秩序を取り戻し
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    再び結晶化します
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    しかし 溶解した金属を
    各原子が本来の場所に定まらないほどに
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    急速に冷却し
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    液体のような 無秩序で
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    非晶質の内部構造をもった
    固体を作るとどうなるでしょう？
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    それが金属ガラスです
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    この構造では多くの金属に存在する
    粒界がないので
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    有利な点があります
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    粒界は ひっかき傷がついたり
    腐食したりする
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    弱点なのです
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    最初の金属ガラスは
    1960年に金とシリコンから作られました
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    簡単なことではありませんでした
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    金属原子は急速に結晶化するので
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    科学者たちは 合金をもの凄く急速に―
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    １秒当たり百万度という速さで
    冷却しなければなりませんでした
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    微小な小滴を冷却した銅板に射出するか
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    ロールに吹き付けて
    非常に薄いリボン状にしたのです
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    当時の金属ガラスは
    数十~数百ミクロンほどの厚さにしかならず
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    あまりにも薄いので
    多くの場合 実用にはなりませんでした
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    しかし その後 科学者たちは
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    複数の異なる金属を混ぜると
    自由に混合できるものの
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    容易に結晶化しないことを
    発見しました
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    なぜなら 大抵の場合
    金属の原子の大きさが異なるため
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    混合物の結晶化は
    とってもゆっくりと進行するからです
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    つまり それほど急速に
    冷却する必要がないので
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    ミクロンではなく数センチまで
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    厚さの増した材料が出来ます
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    このようにしてできた物質を
    バルク金属ガラス またはBMGといいます
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    今では 何百種類もの
    BMGが作られています
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    では 橋や車を 全てBMGで
    作ることは出来ないのでしょうか？
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    現在入手可能なBMGの多くは
    パラジウムやジルコニウムといった
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    高価な金属で作られており
    しかも―
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    非常に純度が高くなければなりません
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    なぜなら いかなる不純物も
    結晶化を促進するからです
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    そのため BMGでできた摩天楼や
    スペースシャトルは天文学的に高価になります
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    また その強度に反し
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    荷重がかかる用途では
    まだ十分に頑強とはいえません
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    強い応力が掛かると
    突如として亀裂が入るので
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    例えば橋には向いていません
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    しかし 技術者がBMGを
    安価な金属から作り
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    もっと頑強にする方法を見出したならば
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    この超越的な物質の可能性に
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    限りはありません
Title:
金属ガラスとは？ ― アシュウィニ・バラシュラ
Description:

鋼とプラスチックは、どちらも多くのインフラや技術に欠かせません。鋼は丈夫で固いものの、複雑な形に成型するのは簡単ではありません。一方、プラスチックは、どんな形にでもできるものの、脆弱で柔らかいという性質があります。では、１種類の物質で鋼のように丈夫で、プラスチックのように加工しやすいものがあったら 便利だと思いませんか？アシュウィニ・バラシュラは金属ガラスの未来について議論します。

講師：アシュウィニ・バラシュラ
アニメーション：Tinmouse Animation Studio
＊このビデオの教材 : http://ed.ted.com/lessons/what-is-metallic-glass-ashwini-bharathula
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Video Language:
English
Team:
closed TED
Project:
TED-Ed
Duration:
04:34

Japanese subtitles

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