金属玻璃”——改变太空格局的新希望？

引言：中国科学家领导的一个国际研究小组取得了突破性进展，为超光速的发展带来了希望，具有极高强度的金属或将极大的改变太空格局。

Soyuz TMA-17M航天器运送宇航员升空前往国际空间站，此图为在俄罗斯的发射场景。金属玻璃可用于未来太空任务。图片来源：路透社（Reuters）

金属玻璃或称作非晶态金属，一直是下一代航天器的热门候选材料。

这种材料通过快冷至固态形成，其原子结构接近于玻璃，而不是其他金属或合金。这种结构使得材料非常轻，但强度非常高，是制造航天器的理想材料。

金属玻璃在军事方面的应用也有相当有前景，一些研究人员认为，它可以用于开发防弹衣，甚至是反坦克火箭。

太空机构，包括美国NASA，一直希望在多个领域应用这种材料，从用于防止空间碎片的航天器机身和防护壳，一直到其未来在月球或火星上的结构。

在去年的一份报告中，NASA喷气推进实验室（Jet Propulsion Laboratory）认为在许多太空应用中，“金属玻璃可能是性能最高的材料，通常是钛预测性能的两倍。”

但金属玻璃存在有一个致命的缺陷：寿命太短。

金属玻璃受到外界物理应力时，就会失去其令人难以置信的物理性能，变得脆弱。这严重限制了这种材料的应用，特别是在将寿命和可靠性视为关键的航天工业当中。中国科学院（Chinese Academy of Sciences）研究人员连同来自英国和日本的研究人员在《自然》（Nature）上发表了一篇论文，透露说他们已经找到了解决方法。

至少可以说，这个解决方法很奇怪。

几千年来，我们利用金属材料的方式或多或少都有些类似。将其加热到一个很高的温度，然后塑造成需要的东西。

然而，研究人员说金属玻璃最好不采用加热炉，而采用“冰箱”。

该研究团队由北京中科院物理研究所WangWeihua领衔，他们将这种玻璃片浸泡在液氮中数分钟时间，再抬起，升温到室温。

重复这样的操作十几次，就像是反着操作的铁匠，最后获得了所谓的“终极固体”—一种具有较长寿命的金属玻璃。

根据研究人员的研究，这种玻璃的快速老化是由“玻璃结构固有的非均匀性”造成的。换句话说，原子排列的随机性还不够随机，在某些地方或多或少存在着有序结构。

反复的“冰冻”处理使得原子进一步被随机化，消除了导致材料不稳定的内部缺陷。

作者认为这种新方法适用于工业生产以及低成本的规模化生产。

金属玻璃通常是由几种金属组成的合金，比如镧、镁、锆、钯、铁、铜和钛。上世纪60年代，加州理工（California Institute of Technology）研究人员最先开发出这种材料。

据中国大陆媒体报道，中国是金属玻璃的主要生产国家，仅次于美国。目前，它的应用主要在电力行业，变压器中使用这种材料是为了减少因其导电造成的热量浪费。

考虑中国太空项目的敏感性，一位研究人员匿名称，这项发现很重要，但仍需要几年时间才可能在航天飞行中进行测试。

“实验室中许多有效的方法转化到工厂后都失效了，因为会发生很多意外的挑战。”