What is metallic glass? - Ashwini Bharathula

Translator: sadegh zabihi Reviewer: Hajar Almasi

Steel and plastic.

فولاد و پلاستیک.

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

این دو ماده برای بسیاری از زیرساخت‌ها و فناوری‌های ما ضروری هستند٬

and they have a complementary set of strengths and weaknesses.

و آنها در یک سری نقطه ضعف و قوت دارند که مکمل هم هستند.

Steel is strong and hard,

فولاد سخت و محکم است٬

but difficult to shape intricately.

اما به سختی شکل می‌پذیرد.

While plastic can take on just about any form,

در حالی که پلاستیک می‌تواند تقریبا هر شکلی بگیرد٬

it's weak and soft.

اما نرم و ضعیف است.

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

پس خوب نبود اگرفقط یک ماده داشتیم

as strong as the strongest steel

که به اندازه فولاد محکم بود

and as shapeable as plastic?

و به اندازه پلاستیک شکل پذیر؟

Well, a lot of scientists and technologists

خُب٬ عده‌ی زیادی از دانشمندان و متخصصان

are getting excited about a relatively recent invention called metallic glass

درباره اختراعی نسبتا جدید به نام شیشه فلزی هیجانزده هستند

with both of those properties, and more.

که هردوی آن ویژگی‌ها و بیشتر از آن را دارد.

Metallic glasses look shiny and opaque, like metals,

شیشه فلزی مثل فلزات براق و مات است٬

and also like metals, they conduct heat and electricity.

و همچنین مثل فلزات٬ رسانای گرما و الکتریسیته است.

But they're way stronger than most metals,

اما آنها بسیار محکم‌تر از اکثر فلزات هستند٬

which means they can withstand a lot of force

و این یعنی می‌توانند میزان قابل توجهی نیرو را

without getting bent or dented,

بدون خم شدن یا چین خوردن٬ تحمل کنند.

making ultrasharp scalpels,

و از آنها چاقوی جراحی بسیار تیز٬

and ultrastrong electronics cases,

جعبه‌های الکترونیکی بسیار قوی٬

hinges,

لولاها٬

screws;

پیچ‌ها٬

the list goes on.

و غیره ساخته می‌شود.

Metallic glasses also have an incredible ability

شیشه فلزی همچنین ظرفیتی باور نکردنی

to store and release elastic energy,

برای ذخیره و آزاد کردن انرژی کشسانی دارد٬

which makes them perfect for sports equipment,

که باعث می‌شود برای ساخت تجهیزات ورزشی٬

like tennis racquets,

مثل راکت تنیس٬

golf clubs,

چوب گلف٬

and skis.

و اسکی هم مناسب باشند.

They're resistant to corrosion,

آنها در برابر خوردگی مقاوم هستند٬

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

و می‌توانند در شکلهای پیچیده با سطحی آینه مانند ریخته گری شوند

in a single molding step.

تنها طی یک فرآیند قالب گیری.

Despite their strength at room temperature,

با وجود استحکام آنها در دمای اتاق٬

if you go up a few hundred degrees Celsius,

اگر چند صد درجه سلسیوس گرمشان کنید٬

they soften significantly,

به طور قابل ملاحظه‌ای نرم می‌شوند٬

and can be deformed into any shape you like.

و می‌توانند به هر شکلی که بخواهید در بیایند.

Cool them back down,

سپس آنها را سرد کنید٬

and they regain the strength.

و دوباره استحکام خود را به دست می‌آورند.

So where do all of these wondrous attributes come from?

خوب این ویژگی‌های شگفت آور از کجا آمده‌اند؟

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

در اصل٬ این خواص به خاطر ساختار اتمی منحصر به فرد شیشه فلزی به وجود آمده‌اند.

Most metals are crystalline as solids.

بیشتر فلزات در حالت جامد ساختاری بلوری دارند.

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

یعنی اگرآنقدر نزدیک بروید که اتم‌ها را بتوانید ببینید٬

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

خواهید دید که آنها به شکلی منظم و دقیق در یک الگوی تکرار شونده قرار گرفته‌اند

that extends throughout the whole material.

که در کل ماده ادامه پیدا کرده است.

Ice is crystalline,

یخ ساختار بلوری دارد٬

and so are diamonds,

و الماس هم٬

and salt.

و نمک.

If you heat these materials up enough and melt them,

اگر این مواد را به اندازه کافی گرم کنید تا ذوب شوند٬

the atoms can jiggle freely and move randomly,

اتم‌ها می‌توانند آزادانه تکان بخورند و به شکلی تصادفی حرکت کنند٬

but when you cool them back down,

اما وقتی که دوباره آنها را خنک کنید٬

the atoms reorganize themselves,

اتم‌ها دوباره نظم می‌گیرند٬

reestablishing the crystal.

و بلور را شکل می‌دهند.

But what if you could cool a molten metal so fast

اما چه اتفاقی می‌افتد اگر یک فلز مذاب را آنقدر سریع خنک کنید

that the atoms couldn't find their places again,

که اتم‌ها نتوانند دوباره جای خود را پیدا کنند٬

so that the material was solid,

پس ماده شکل جامد به خود بگیرد٬

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

اما ساختار داخلی آن مانند یک مایع بی نظم و پریشان باشد؟

That's metallic glass.

این می‌شود شیشه فلزی.

This structure has the added benefit of lacking the grain boundaries

این ساختار فاقد دامنه دانه بندی است

that most metals have.

که بیشتر فلزات دارند.

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

این‌ها نقاط ضعیفی هستند که ماده در آنجا مستعد خراشیدگی

or corrosion.

یا خوردگی است.

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

اولین شیشه فلزی در سال ۱۹۶۰ از سیلیکون و طلا ساخته شد.

It wasn't easy to make.

ساخت آن ساده نبود.

Because metal atoms crystallize so rapidly,

به این دلیل که اتم‌های فلز به سرعت ساختار بلوری می‌گیرند٬

scientists had to cool the alloy down incredibly fast,

دانشمندان باید آلیاژ را با سرعت باورنکردنی سرد می‌کردند٬

a million degrees Kelvin per second,

با سرعت یک میلیون کلوین بر ثانیه٬

by shooting tiny droplets at cold copper plates,

با شلیک قطرات بسیار کوچک مذاب به صفحه‌های مسی سرد٬

or spinning ultrathin ribbons.

یا با چرخاندن نوارهای بسیار نازک.

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

در آن زمان٬ شیشه فلزی می‌توانست تنها ده‌ها یا صدها میکرون ضخامت داشته باشد٬

which was too thin for most practical applications.

که برای اکثر کاربردها خیلی نازک بود٬

But since then, scientists have figured out

اما از آن زمان٬ دانشمندان متوجه شدند

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

که اگر چند فلز را که به راحتی با هم ترکیب می‌شوند٬

but can't easily crystallize together,

اما به سختی تشکیل بلور می‌دهند را با هم مخلوط کنید٬

usually because they have very different atomic sizes,

که معمولا این به خاطر تفاوت اندازه اتم‌های آنها است٬

the mixture crystallizes much more slowly.

ترکیب با سرعت بسیار کمتری ساختار بلوری پیدا می‌کند.

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

که یعنی نیازی نیست ماده را آنقدرها هم سریع سرد کنید٬

so the material can be thicker,

پس ماده ضخامت بیشتری خواهد داشت٬

centimeters instead of micrometers.

چند سانتی متر به جای چند میکرو متر.

These materials are called bulk metallic glasses, or BMGs.

این مواد شیشه‌های فلزی توده‌ای یا به اختصار BMG نامیده می‌شوند.

Now there are hundreds of different BMGs,

خوب امروزه صدها نوع مختلف از آنها وجود دارند٬

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

پس چرا ما همه پل‌ها و ماشین‌ها را از این مواد نمی‌سازیم؟

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

اکثر BMGهایی که امروزه در دسترس هستند از فلزات گران قیمت ساخته می‌شوند٬

like palladium and zirconium,

مثل پالادیوم و زیرکونیوم٬

and they have to be really pure

و باید بسیار هم خالص باشند

because any impurities can cause crystallization.

زیرا هر گونه ناخالصی موجب شکل گیری بلور می‌شود.

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

پس یک آسمان خراش یا فضاپیما از جنس BMG قیمتی نجومی خواهد داشت.

And despite their strength,

و با وجود استحکام بالای آنها٬

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

هنوز سختی لازم برای کاربردهای باربری را ندارند.

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

زمانی که تنش‌ها زیاد می‌شوند٬ ممکن است بدون اطلاع قبلی دچار شکست شوند٬

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

و این مسئله برای چیزی مثل یک پل اصلا مناسب نیست.

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

اما وقتی که دانشمندان راه ساختن این مواد از فلزات ارزان‌تر را پیدا کنند٬

and how to make them even tougher,

و یاد بگیرند که سختی آنها را افزایش دهند٬

for these super materials,

برای این مواد ممتاز٬

the sky's the limit.

حد و مرزی وجود نخواهد داشت.