What is metallic glass? - Ashwini Bharathula

Переводчик: I V Редактор: Yulia Kallistratova

Steel and plastic.

Сталь и пластик.

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

Эти два материала имеют большое значение в инфраструктуре и технологиях

and they have a complementary set of strengths and weaknesses.

и, конечно, в них есть свои плюсы и минусы.

Steel is strong and hard,

Сталь очень прочная и крепкая,

but difficult to shape intricately.

но из неё трудно сформировать что-то затейливое.

While plastic can take on just about any form,

Пластик может принять любую форму,

it's weak and soft.

но он хрупкий и мягкий.

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

Было бы здорово, если бы они стали одним материалом,

as strong as the strongest steel

прочным как сталь

and as shapeable as plastic?

и универсальным как пластик.

Well, a lot of scientists and technologists

Многие учёные и специалисты по технологиям

are getting excited about a relatively recent invention called metallic glass

заинтересованы в новом изобретении,

названным металлическим стеклом,

with both of those properties, and more.

которое обладает обоими свойствами и даже больше.

Metallic glasses look shiny and opaque, like metals,

Металлические стёкла такие же блестящие и непрозрачные, как металл

and also like metals, they conduct heat and electricity.

и так же, как и металл, они проводят тепло и электричество.

But they're way stronger than most metals,

Но они намного прочнее других металлов.

which means they can withstand a lot of force

Это означает, что они могут выдержать большýю нагрузку,

without getting bent or dented,

и при этом они не гнутся и не деформируются.

making ultrasharp scalpels,

Из них получаются острые скальпели,

and ultrastrong electronics cases,

прочные чехлы для телефонов,

hinges,

дверные петли,

screws;

шурупы;

the list goes on.

этот список можно продолжить.

Metallic glasses also have an incredible ability

Металлические стёкла имеют невероятную способность

to store and release elastic energy,

хранить и передавать «эластичную» энергию,

which makes them perfect for sports equipment,

что делает их идеальными для спортивного снаряжения.

like tennis racquets,

Теннисные ракетки,

golf clubs,

клюшки для гольфа,

and skis.

лыжи.

They're resistant to corrosion,

Они устойчивы к коррозии,

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

их можно отлить в сложные фигуры, имеющие зеркальную поверхность

in a single molding step.

за одну стадию формирования.

Despite their strength at room temperature,

Несмотря на прочность при комнатной температуре,

if you go up a few hundred degrees Celsius,

при поднятии температуры на пару сотен градусов Цельсия,

they soften significantly,

они значительно смягчяются,

and can be deformed into any shape you like.

и им можно придать любую другую форму.

Cool them back down,

После охлаждения

and they regain the strength.

они восстанавливают свою прочность.

So where do all of these wondrous attributes come from?

Так почему же металлическое стекло имеет такие свойства?

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

Всё дело в уникальной атомной структуре металлического стекла.

Most metals are crystalline as solids.

Большинство металлов имеют кристаллическую решётку твёрдых тел.

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

Если мы посмотрим на их кристаллическую решётку,

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

то увидим аккуратные ряды повторяющегося узора,

that extends throughout the whole material.

который распространяется по всему материалу.

Ice is crystalline,

Например: лёд,

and so are diamonds,

бриллианты,

and salt.

а также соль.

If you heat these materials up enough and melt them,

Если нагреть металл достаточно, чтобы расплавить,

the atoms can jiggle freely and move randomly,

то атомы начнут беспорядочно двигаться,

but when you cool them back down,

но когда вы снова его охладите,

the atoms reorganize themselves,

атомы перестроятся,

reestablishing the crystal.

тем самым восстановив кристаллическую решётку.

But what if you could cool a molten metal so fast

Но что будет, если охладить расплавленный металл так быстро,

that the atoms couldn't find their places again,

что атомы не успеют занять свои места

so that the material was solid,

для формирования твёрдого вещества,

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

но успеют образовать аморфную структуру жидкости?

That's metallic glass.

Так получается металлическое стекло.

This structure has the added benefit of lacking the grain boundaries

Преимущество такой структуры заключается в отсутствии границ зёрен,

that most metals have.

присущих большинству металлов.

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

Именно из-за этого металлы восприимчивы к царапинам

or corrosion.

или коррозии.

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

Первое металлическое стекло было создано в 1960 году из золота и кремния.

It wasn't easy to make.

И это было не легко.

Because metal atoms crystallize so rapidly,

Так как атомы металлов кристаллизуются очень быстро,

scientists had to cool the alloy down incredibly fast,

учёным пришлось охлаждать металл очень быстро —

a million degrees Kelvin per second,

на миллион градусов Кельвина в секунду,

by shooting tiny droplets at cold copper plates,

стреляя маленькими капельками в холодную медную пластину

or spinning ultrathin ribbons.

или наматывая сверхтонкие ленты.

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

В то время металлическое стекло было толщиной всего десятки и сотни микрон,

which was too thin for most practical applications.

что было слишком тонко для практического применения.

But since then, scientists have figured out

Но с тех пор учёные выяснили,

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

что если сплавить несколько легкосмешиваемых между собой металлов,

but can't easily crystallize together,

не сразу образующих общую кристаллическую решётку

usually because they have very different atomic sizes,

из-за наличия у них атомов разных размеров,

the mixture crystallizes much more slowly.

то смесь кристаллизуется гораздо медленнее.

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

Это означает, что смесь не надо охлаждать слишком быстро

so the material can be thicker,

и что материал можно утолщить

centimeters instead of micrometers.

до сантиметров вместо микрометров.

These materials are called bulk metallic glasses, or BMGs.

Такой материал назвали металлическое стекло или BMG.

Now there are hundreds of different BMGs,

В настоящее время существуют тысячи разных видов BMG.

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

Так почему наши мосты и машины не создаются из них?

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

Большинство BMG делаются из дорогих материалов,

like palladium and zirconium,

таких как палладий и цирконий,

and they have to be really pure

и им нужно быть очень чистыми,

because any impurities can cause crystallization.

так как примеси могут ускорить кристаллизацию.

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

Поэтому небоскрёб или космический корабль из BMG обойдутся слишком дорого.

And despite their strength,

И несмотря на свои силы,

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

они не выдерживают большую нагрузку.

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

И когда она доходит до предела, они могут cломаться,

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

поэтому BMG пока что не подходят для строительства мостов.

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

Но когда инженеры выяснят, как делать BMG из дешёвых материалов

and how to make them even tougher,

и как сделать их ещё прочнее,

for these super materials,

то для этих супер-материалов

the sky's the limit.

не будет предела.