What is metallic glass? - Ashwini Bharathula

ما هو الزجاج المعدنيّ؟ - أشويني بهاراذولا

المترجم: Ghalia Turki المدقّق: Lalla Khadija Tigha

Steel and plastic.

الحديد والبلاستيك.

These two materials are essential to so much of our infrastructure and technology,

هاتان المادتان مهمتان للكثير من البنى التحتية والتكنولوجيا،

and they have a complementary set of strengths and weaknesses.

وتمتلكان مجموعة متكاملة من نقاط القوة والضعف.

Steel is strong and hard,

الحديد قويٌّ وصلب،

but difficult to shape intricately.

ولكن من الصعب صنعه بأشكال معقدة.

While plastic can take on just about any form,

بينما يمكن للبلاستيك أن يتخذ أي شكل،

it's weak and soft.

فهو ضعيف وليّن.

So wouldn't it be nice if there were one material

لذا، ألن يكون رائعاً لو وجدت مادةٌ واحدة

as strong as the strongest steel

قوية كالحديد

and as shapeable as plastic?

ويمكن صنعها بأي شكل كالبلاستيك؟

Well, a lot of scientists and technologists

حسناً، يهتم الكثير من العلماء والتكنولوجيين

are getting excited about a relatively recent invention called metallic glass

باختراعٍ حديثٍ نسبياً يدعى الزجاج المعدني

with both of those properties, and more.

يتمتع بهاتين الخاصيتين وأكثر.

Metallic glasses look shiny and opaque, like metals,

يبدو الزجاج المعدني لامعاً وغير شفاف كالمعادن،

and also like metals, they conduct heat and electricity.

وكذلك فإنه يوصل التيار الكهربائي والحرارة.

But they're way stronger than most metals,

إلا أنه أقوى من معظم المعادن،

which means they can withstand a lot of force

مما يعني أنه يستطيع تحمل الكثير من الضغط

without getting bent or dented,

دون أن ينثني أو يُطعج،

making ultrasharp scalpels,

لصنع مشارط حادة جداً،

and ultrastrong electronics cases,

وعلباً إلكترونية قوية جداً،

hinges,

ومفصّلات،

screws;

وبراغي؛

the list goes on.

والقائمة تطول.

Metallic glasses also have an incredible ability

يمتلك الزجاج المعدني كذلك قدرةً خارقةً

to store and release elastic energy,

على تخزين وتحرير الطاقة المرنة،

which makes them perfect for sports equipment,

مما يجعله مثالياً لصنع المعدات الرياضية،

like tennis racquets,

كمضارب التنس

golf clubs,

ونوادي الغولف،

and skis.

وألواح التزلج.

They're resistant to corrosion,

إنه مضاد للتآكل

and can be cast into complex shapes with mirror-like surfaces

ويمكن صبّه بأشكال معقدة ذات أسطح تشبه المرايا

in a single molding step.

في خطوة صبّ واحدة.

Despite their strength at room temperature,

وعلى الرغم من صلابته في حرارة الغرفة العادية،

if you go up a few hundred degrees Celsius,

إلا أنك في حال رفعت الحرارة لعدة مئات درجة سيليزوس،

they soften significantly,

فإنه يلين بشكل ملحوظ،

and can be deformed into any shape you like.

ويمكن إعادة تشكيله بأي شكل تريده.

Cool them back down,

قم بتبريده مجدداً،

and they regain the strength.

وسيستعيد قوته من جديد.

So where do all of these wondrous attributes come from?

إذاً، من أين تأتي جميع هذه الصفات الرائعة؟

In essence, they have to do with metallic glass' unique atomic structure.

خلاصة الأمر أنه يجب عليهم العمل على بنية الزجاج المعدني الفريدة.

Most metals are crystalline as solids.

معظم المعادن بلورية كالمواد الصلبة.

That means that if you zoomed in close enough to see the individual atoms,

هذا يعني أنك إذا ألقيت نظرة عن كثب أكثر فإنك سترى ذرات منفردة،

they'd be neatly lined up in an orderly, repeating pattern

وستكون مصطفة بالترتيب وبشكل متكرر

that extends throughout the whole material.

ينتشر على كامل مساحة المادة.

Ice is crystalline,

الثلجُ بلوريّ،

and so are diamonds,

وكذلك الألماس،

and salt.

والملح أيضاً.

If you heat these materials up enough and melt them,

إذا سخّنت هذه المواد بما يكفي وأذبتها،

the atoms can jiggle freely and move randomly,

عندها تستطيع الجزيئات الاهتزاز بحرية والحركة بشكل عشوائي،

but when you cool them back down,

ولكن عندما تعود وتبرّدهم من جديد،

the atoms reorganize themselves,

تعود الجزيئات لتنظّم نفسها،

reestablishing the crystal.

مشكّلة البلورات.

But what if you could cool a molten metal so fast

ولكن ماذا لو أمكنك تبريد المعدن المنصهر بسرعة

that the atoms couldn't find their places again,

لدرجة لا تتمكن بها الجزيئات من إيجاد مكانها من جديد،

so that the material was solid,

وبالتالي تصبح المادة صلبة

but with the chaotic, amorphous internal structure of a liquid?

ولكن ذات بنية داخلية سائلة فوضوية وغير متبلورة؟

That's metallic glass.

هذا هو الزجاج المعدني.

This structure has the added benefit of lacking the grain boundaries

تمتلك هذه البنية فائدة إضافية تتمثل بافتقارها لحدود الجزيئات

that most metals have.

التي تمتلكها معظم المعادن.

Those are weak spots where the material is more susceptible to scratches

وتعد هذه الأمور نقاط ضعف حيث تكون المادة أكثر عرضة للخدش

or corrosion.

والتآكل.

The first metallic glass was made in 1960 from gold and silicon.

صُنع الزجاج المعدني لأول مرة عام 1960 من الذهب والسيليكون.

It wasn't easy to make.

ولم يكن صنعه سهلاً أبداً.

Because metal atoms crystallize so rapidly,

بسبب تبلور جزيئات المعادن بسرعة،

scientists had to cool the alloy down incredibly fast,

كان على العلماء تبريد خليط المعادن بسرعة كبيرة جداً،

a million degrees Kelvin per second,

مليون درجة كالفين في الثانية،

by shooting tiny droplets at cold copper plates,

بواسطة إطلاق قطرات صغيرة جداً من صفيحات النحاس الباردة،

or spinning ultrathin ribbons.

أو لفه بخيوط دقيقة جداً منه.

At that time, metallic glasses could only be tens or hundreds of microns thick,

في ذلك الوقت، كانت سماكة الزجاج المعدني لا تتجاوز عشرات أو مئات المكرونات،

which was too thin for most practical applications.

وقد كانت رفيعة جداً ولا يمكن استخدامها في التطبيقات العملية.

But since then, scientists have figured out

ولكن منذ ذلك الحين، اكتشف العلماء

that if you blend several metals that mix with each other freely,

أنك إذا مزجت عدة معادن تختلط مع بعضها بحرية،

but can't easily crystallize together,

فإنه لا يعود من السهل تبلورها مع بعضها،

usually because they have very different atomic sizes,

غالباً لأنها تمتلك حجوماً مختلفة من الذرات،

the mixture crystallizes much more slowly.

أي أن المزيج يتبلور ببطئ أكبر.

That means you don't have to cool it down as fast,

هذا يعني أنه ليس عليك أن تبرده بنفس السرعة الكبيرة جداً،

so the material can be thicker,

ليصبح المزيج أكثر سماكة،

centimeters instead of micrometers.

أي يغدو بالسنتمترات بدلاً من الميكرومترات.

These materials are called bulk metallic glasses, or BMGs.

تدعى هذه المواد بكتل الزجاج المعدني أو BMGs.

Now there are hundreds of different BMGs,

يوجد المئات من كتل الزجاج المعدني المختلفة

so why aren't all of our bridges and cars made out of them?

إذاً لماذا لا تُصنع جميع جسورنا وسياراتنا منها؟

Many of the BMGs currently available are made from expensive metals,

معظم كتل الزجاج المعدني المتوافرة الآن تُصنع من مواد باهظة الثمن،

like palladium and zirconium,

كالبلاديوم والزركونيوم،

and they have to be really pure

ويجب أن تكون نقية تماماً

because any impurities can cause crystallization.

لأن وجود أي شائبة يمكن أن يسبب حدوث التبلور.

So a BMG skyscraper or space shuttle would be astronomically expensive.

وبالتالي، فإن صنع ناطحة سحاب أو سفينة فضاء من كتل الزجاج المعدني سيكون مكلفاً جداً.

And despite their strength,

وبغض النظر عن قوتها،

they're not yet tough enough for load-bearing applications.

إلا أنها غير متينة بما يكفي لاستخدامها في تطبيقات الحمولات الضخمة.

When the stresses get high, they can fracture without warning,

فعندما تصبح الضغوط عالية يمكنها أن تنكسر دون سابق إنذار،

which isn't ideal for, say, a bridge.

وهذا ليس مناسباً، مثلاً، للجسور.

But when engineers figure out how to make BMGs from cheaper metals,

ولكن عندما يكتشف المهندسين كيفية صنع كتل الزجاج المعدني بمواد أرخص،

and how to make them even tougher,

وكيف يمكن جعلهم أكثر متانة،

for these super materials,

فيما يتعلق بهذه المواد الرائعة،

the sky's the limit.

فلا توجد حدود لاستخدامها.