What is metallic glass? - Ashwini Bharathula

Translator: Hoai Minh Reviewer: Lê Anh

Steel and plastic.

Thép và chất dẻo.

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

Hai vật liệu này rất cần thiết trong nhiều cơ sở hạ tầng cùng kỹ thuật,

and they have a complementary set of strengths and weaknesses.

Và chúng bổ sung những ưu khuyết điểm cho nhau.

Steel is strong and hard,

Thép cứng và chắc chắn,

but difficult to shape intricately.

nhưng khó đổ khuôn.

While plastic can take on just about any form,

Còn chất dẻo có thể biến thành bất kì hình dạng

it's weak and soft.

mềm và dễ gãy.

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

Vây liệu có tốt khi có một vật liệu

as strong as the strongest steel

vừa cứng rắn như thép

and as shapeable as plastic?

và cũng dễ tạo hình như chất dẻo?

Well, a lot of scientists and technologists

Rât nhiều nhà khoa học và kỹ sư

are getting excited about a relatively recent invention called metallic glass

phấn khích về một phát minh như vậy lúc gần đây được gọi là thủy tinh kim loại

with both of those properties, and more.

có những đặc điểm trên và hơn thế nữa .

Metallic glasses look shiny and opaque, like metals,

Thủy tinh kim loại nhìn bóng và không trong suốt như kim loại

and also like metals, they conduct heat and electricity.

và cũng như kim loại, chúng dẫn nhiệt và dẫn điện.

But they're way stronger than most metals,

Nhưng chúng chắc hơn đa số kim loại

which means they can withstand a lot of force

đồng nghĩa việc chúng có thể chịu được nhiều lưc hơn

without getting bent or dented,

mà không bị bẻ cong hay bị lõm,

making ultrasharp scalpels,

rồi trở thành dao mổ siêu bén

and ultrastrong electronics cases,

và bao da điện tử siêu bền

hinges,

bản lề,

screws;

đinh ốc vít,

the list goes on.

và còn nhiều thứ nữa.

Metallic glasses also have an incredible ability

Thủy tinh kim loại còn có những khả năng phi thường

to store and release elastic energy,

để dự trữ và giải phóng năng lượng đàn hồi

which makes them perfect for sports equipment,

khiến nó hoàn hảo trong việc thành dụng cụ thể thao

like tennis racquets,

như vợt tennis

golf clubs,

gậy đánh gôn,

and skis.

và ván trượt tuyết

They're resistant to corrosion,

Chúng có thể chống bị ăn mòn,

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

và có thể đúc thành những hình dạng phức tạp có bề mặt như gương

in a single molding step.

bằng từng bước đúc khuôn.

Despite their strength at room temperature,

Dù chúng rất cứng ở nhiệt độ phòng

if you go up a few hundred degrees Celsius,

nhưng nếu bạn tăng lên vài trăm độ C

they soften significantly,

chúng sẽ mềm đi đáng kể

and can be deformed into any shape you like.

và bạn có thể nặn nó thành bất cứ dạng gì bạn thích

Cool them back down,

Rồi làm nguội nó,

and they regain the strength.

chúng sẽ cứng lại.

So where do all of these wondrous attributes come from?

Vậy rốt cuộc những thuộc tính kì lạ này từ đâu ra?

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

Về bản chất, chúng có từ cấu tạo phân tử độc nhất của thủy tinh kim loại

Most metals are crystalline as solids.

Đa phần kim loại là tinh thể như chất rắn.

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

Nghĩa là nếu bạn phóng to đến mức nhìn thấy từng cá thể nguyên tử

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

bạn sẽ thấy chúng xếp thành hàng ngay ngắn

that extends throughout the whole material.

trải dài đến hết vật thể.

Ice is crystalline,

Băng là tinh thể,

and so are diamonds,

kim cương cũng thế

and salt.

và cả muối nữa.

If you heat these materials up enough and melt them,

Nếu bạn đun những vật liệu này đủ nóng, làm chảy nó

the atoms can jiggle freely and move randomly,

những nguyên tử sẽ lắc nhẹ và chuyển động tự do

but when you cool them back down,

nhưng nếu bạn làm nguội nó đi

the atoms reorganize themselves,

những nguyên tử lại tự xếp lại

reestablishing the crystal.

thiết lập lại thành tinh thể.

But what if you could cool a molten metal so fast

Nhưng nếu khi bạn làm lạnh chúng đột ngột

that the atoms couldn't find their places again,

những nguyên tử không tìm thấy vị trí của chúng nữa,

so that the material was solid,

thì vật đó thành chất rắn

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

còn với cấu trúc hỗn độn vô định hình của chất lỏng thì sao?

That's metallic glass.

Nó sẽ là thủy tinh kim loại.

This structure has the added benefit of lacking the grain boundaries

Cấu trúc này đã bổ trợ cho việc thiếu khoảng cách giữa các hạt

that most metals have.

Mà mọi kim loại đều gặp phải.

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

Chúng là những điểm yếu khiến vật liệu dễ bị trầy xước

or corrosion.

Hay bị ăn mòn.

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

Thủy tinh kim loại đầu tiên được làm ra vào năm 1960 từ vàng và silicon

It wasn't easy to make.

Tạo ra nó không dễ.

Because metal atoms crystallize so rapidly,

Vì mấy nguyên tử kim loại kết tinh rất nhanh.

scientists had to cool the alloy down incredibly fast,

Những nhà khoa học phải làm lạnh hợp kim này bằng tốc độ không tưởng,

a million degrees Kelvin per second,

Giảm 1 triệu độ K trên một giây

by shooting tiny droplets at cold copper plates,

Bằng cách bắn những hạt siêu nhỏ vào trên khay đồng

or spinning ultrathin ribbons.

Hay quay dải băng siêu mỏng.

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

Vào lúc đó, thủy tinh kim loại chỉ dày khoảng mười đến vài trăm micromét

which was too thin for most practical applications.

Nó quá mỏng để áp dụng thử.

But since then, scientists have figured out

Nhưng từ đó các nhà khoa học cũng phát hiện

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

Rằng nếu bạn trộn nhiều loại kim loại có thể trộn với nhau dễ dàng

but can't easily crystallize together,

Nhưng khó kết tinh với nhau

usually because they have very different atomic sizes,

Thường bởi vì chúng có kích cỡ nguyên tử khác nhau

the mixture crystallizes much more slowly.

Hỗn hợp sẽ kết tinh chậm hơn

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

Đồng nghĩa với việc ta không cần làm lạnh nó nhanh chóng

so the material can be thicker,

Nên vật liệu sẽ dày hơn

centimeters instead of micrometers.

Thành centimét thay vì micromét

These materials are called bulk metallic glasses, or BMGs.

Những vật liệu này được gọi là thủy tinh kim loại khối, hay BMGs

Now there are hundreds of different BMGs,

Ngày nay có hơn trăm loại BGMs khác nhau

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

Nhưng tại sao chúng không được áp dụng làm những cây cầu và xe?

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

Rất nhiều BGMs thông dụng hiện nay được làm từ những kim loại đắt tiền

like palladium and zirconium,

Như Palađi và Ziriconi

and they have to be really pure

Và phải nguyên chất

because any impurities can cause crystallization.

Bởi do bất kì tạp chất nào cũng ảnh hưởng đến sự kết tinh

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

Do đó tòa nhà hay tàu con thoi làm từ BGMs sẽ cực kì mắc tiền

And despite their strength,

Dù chúng rất cứng

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

Nhưng chúng chưa đủ cứng để được sử dụng trong việc nâng đỡ

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

Khi áp lực tăng cao, chúng sẽ gãy mà không hề báo trước

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

Việc đó không phù hợp cho việc dùng làm vật liệu xây cầu

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

Nhưng khi những nhà khoa học tìm ra cách làm BGMs từ những kim loại rẻ hơn

and how to make them even tougher,

Và làm chúng cứng hơn nữa

for these super materials,

Khi đó, với kim loại siêu việt này

the sky's the limit.

Chẳng còn gì là giới hạn cả.