What is metallic glass? - Ashwini Bharathula

翻訳: Tomoyuki Suzuki 校正: Takamitsu Hirono

Steel and plastic.

鋼とプラスチック

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

どちらも多くのインフラや技術に 欠かせないもので

and they have a complementary set of strengths and weaknesses.

それらの強みと弱点は互いに補完的です

Steel is strong and hard,

鋼は丈夫で固いものの

but difficult to shape intricately.

複雑な形に成型するのは 簡単ではありません

While plastic can take on just about any form,

一方 プラスチックは どんな形にでもできるものの

it's weak and soft.

脆弱で柔らかいという性質があります

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

では １種類の物質で

as strong as the strongest steel

鋼のように丈夫で プラスチックのように―

and as shapeable as plastic?

加工しやすいものがあったら 便利だと思いませんか？

Well, a lot of scientists and technologists

多くの科学者や技術者は

are getting excited about a relatively recent invention called metallic glass

両者の性質や それ以上の特長をもった

with both of those properties, and more.

金属ガラスの発明に 注目しています

Metallic glasses look shiny and opaque, like metals,

金属ガラスには金属と同様の 光沢があり不透明で

and also like metals, they conduct heat and electricity.

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

But they're way stronger than most metals,

しかし 他のほとんどの金属よりも丈夫で―

which means they can withstand a lot of force

つまり 強い力を加えても

without getting bent or dented,

曲がったり凹んだりしません

making ultrasharp scalpels,

そのため とても先の尖ったメスや

and ultrastrong electronics cases,

非常に頑強な電子製品のケースや

hinges,

ちょうつがい

screws;

ネジなど

the list goes on.

その用途は まだまだ あります

Metallic glasses also have an incredible ability

金属ガラスには さらに素晴らしい性質もあります

to store and release elastic energy,

弾性エネルギーを蓄え 解放できるので

which makes them perfect for sports equipment,

スポーツ用品にもってこいです

like tennis racquets,

たとえば テニスラケット

golf clubs,

ゴルフクラブ

and skis.

スキー板などです

They're resistant to corrosion,

耐食性があり

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

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

in a single molding step.

鋳造することができます

Despite their strength at room temperature,

室温状態での強度に対して

if you go up a few hundred degrees Celsius,

数百℃の高温にすると

they soften significantly,

とても柔らかくなり

and can be deformed into any shape you like.

自由な形に作り変えることが出来るのです

Cool them back down,

再び冷却すると

and they regain the strength.

強度を取り戻します

So where do all of these wondrous attributes come from?

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？

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

本質的に それは金属ガラス特有の 原子構造にあります

Most metals are crystalline as solids.

多くの金属は固体として結晶化しています

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

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

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

秩序だった繰り返しパターンで 整然と並んでおり

that extends throughout the whole material.

それは物質の隅々まで続いています

Ice is crystalline,

氷は結晶でできています

and so are diamonds,

ダイアモンドも

and salt.

食塩もそうです

If you heat these materials up enough and melt them,

これらの物質を十分に加熱して 融解させると

the atoms can jiggle freely and move randomly,

原子は自由に振動し 無造作に動き回りますが

but when you cool them back down,

再び冷却すると

the atoms reorganize themselves,

原子は秩序を取り戻し

reestablishing the crystal.

再び結晶化します

But what if you could cool a molten metal so fast

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

that the atoms couldn't find their places again,

急速に冷却し

so that the material was solid,

液体のような 無秩序で

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

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？

That's metallic glass.

それが金属ガラスです

This structure has the added benefit of lacking the grain boundaries

この構造では多くの金属に存在する 粒界がないので

that most metals have.

有利な点があります

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

粒界は ひっかき傷がついたり 腐食したりする

or corrosion.

弱点なのです

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

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

It wasn't easy to make.

簡単なことではありませんでした

Because metal atoms crystallize so rapidly,

金属原子は急速に結晶化するので

scientists had to cool the alloy down incredibly fast,

科学者たちは 合金をもの凄く急速に―

a million degrees Kelvin per second,

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

by shooting tiny droplets at cold copper plates,

微小な小滴を冷却した銅板に射出するか

or spinning ultrathin ribbons.

ロールに吹き付けて 非常に薄いリボン状にしたのです

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

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

which was too thin for most practical applications.

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

But since then, scientists have figured out

しかし その後 科学者たちは

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

複数の異なる金属を混ぜると 自由に混合できるものの

but can't easily crystallize together,

容易に結晶化しないことを 発見しました

usually because they have very different atomic sizes,

なぜなら 大抵の場合 金属の原子の大きさが異なるため

the mixture crystallizes much more slowly.

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

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

つまり それほど急速に 冷却する必要がないので

so the material can be thicker,

ミクロンではなく数センチまで

centimeters instead of micrometers.

厚さの増した材料が出来ます

These materials are called bulk metallic glasses, or BMGs.

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

Now there are hundreds of different BMGs,

今では 何百種類もの BMGが作られています

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

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？

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

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

like palladium and zirconium,

高価な金属で作られており しかも―

and they have to be really pure

非常に純度が高くなければなりません

because any impurities can cause crystallization.

なぜなら いかなる不純物も 結晶化を促進するからです

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

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

And despite their strength,

また その強度に反し

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

荷重がかかる用途では まだ十分に頑強とはいえません

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

強い応力が掛かると 突如として亀裂が入るので

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

例えば橋には向いていません

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

しかし 技術者がBMGを 安価な金属から作り

and how to make them even tougher,

もっと頑強にする方法を見出したならば

for these super materials,

この超越的な物質の可能性に

the sky's the limit.

限りはありません