物理：足以和鋼鐵抗衡的金屬玻璃Sciscape新聞報導[Jan 31, 2011]編輯 finn 報導 http://www.sciscape.org/news_detail.php?news_id=2673

加州理工學院和加州大學柏克萊分校的材料學家找到了一種新的金屬玻璃，其韌性與強度可同時匹敵目前最高韌性的鋼鐵以及強度最高的工程陶瓷，未來是否可以取代大量使用於建築、汽車、橋樑等的鋼鐵材料，值得期待。

金屬玻璃一直是材料學家很感興趣的材料。一般的金屬材料為有序的原子排列所組成，相鄰原子或缺陷因此較容易移動，所以具有很低的降伏強度(yield strength)。相反的，一般玻璃材料(氧化物玻璃)內的原子近似無序排列，所以降伏強度很高。可是一但裂痕產生，便很快就會破裂，即具有較低的破裂韌性(fracture toughness)。對材料學家而言，找到一種材料可以結合高強度和高韌性是很大的挑戰。一直以來，我們都是在兩者之間做取捨，加州理工學院的材料學家Marios D. Demetriou如此表示。

在傳統的認知裡，金屬玻璃內的原子因無序排列，所以需要較大的能量使其相互移動(使材料變形)。但是因為金屬玻璃受到外力時，內部的缺陷傾向形成剪移帶(shear band)，進而形成裂縫，然後裂縫快速成長導致最後的材料破裂。

諷刺的是，加州理工學院和加州大學柏克萊分校的研究小組(Demetriou等人)最新發現的金屬玻璃，卻是刻意讓剪移帶在材料內部大量地產生，進而交織錯雜，開始阻止裂縫尖端的成長，反而得到強度更高的新材料[1]。

經過了109次的嘗試之後[2]，研究小組最後將組成鎖定在一個以鈀為基底的多元成份Pd79Ag3.5P6Si9.5Ge2)，可以大量地產生剪移帶。透過實驗觀察裂縫在此材料中成長的速度和深度，研究小組發現此金屬玻璃的韌性足以和目前最強韌的鋼鐵匹敵。Demetriou坦承，目前並不清楚為什麼是這個組成，未來需要更深入的研究去了解，是什麼樣的化學性質改變，最終改變了材料的韌性。

凱斯西儲大學的材料學家John Lewandowski表示，這是一個很特別的發現，可以試著加入其他元素，看看是否能夠在不降低強度的情況下，再繼續增加其破裂韌性。不過他也點出一個很重要的問題，鈀是價格不菲的貴重金屬，這個新材料要廣泛應用會很困難。

Demetriou回應，這個新材料短期之內，最適合應用在牙科和醫科的植入物，畢竟這些醫療用品的製造成本原本就已經很高了！不過他也不諱言，研究小組已經計畫尋找以銅、鐵或鋁為基底的金屬玻璃，如果找到相當的材料，將可能永遠取代鋼鐵在工業構結材料的地位。

不過事實上，為了使原子能維持其在高溫熔融時的無序狀態，Demetriou等人所使用的製造方法，依然是傳統的急速水冷法(water-quenching)，因此樣品的大小都在幾毫米的尺寸(直徑1.5 mm，長度20 mm [2])。要取代鋼鐵材料還有很長一段路要走。

原始論文
[1] J. Schroers, W.L. Johnson, Physical Review Letters 93/25 (2004) 255506.
[2] M.D. Demetriou, M.E. Launey, G. Garrett, J.P. Schramm, D.C. Hofmann, W.L. Johnson, R.O. Ritchie, Nat Mater 10/2 (2011) 123.

參考來源： Nature News: Glassy metal set to rival steel

應用科學：可彎的玻璃  Sciscape新聞報導[Apr 03, 2007] 編輯 tslim 報導 http://www.sciscape.org/news_detail.php?news_id=2673

金屬玻璃(metallic glass)的可彎曲程度越來越大了，這也使得它們在應用上越來越重要。雖然金屬玻璃的強度較大，但是此性質也造成它比較易碎。在一般的金屬中，原子是排列成均勻的晶體陣列的，或是至少是由許多小區域的規則結晶互相堆疊而成的。因此當金屬受到應力作用時，結晶的小區域會平移到鄰近的區域而與鄰近區域的原子保持互相吸引的狀態，使得金屬可以保持彎曲而不會斷裂。但是在金屬玻璃裡的原子卻是沒有規律地任意分佈在材料裡面，就像液體一樣。因此一旦受到應力，每個原子平移後找不到同時相互吸引的原子，因而就造成斷裂。

在過去，研究人員就已經藉著將金屬和小的奈米粒子混和，做出可以彎曲的金屬玻璃。在這些金屬玻璃裡的裂縫會沿著材料傳遞，直到碰到奈米粒子為止。但是這些金屬玻璃只能稍微地彎曲，而且，這些材料的製作相當困難且昂貴。因此在Chinese Academy of Science's Institute of Physics in Beijing的物理學家Wei Hua Wang及其同僚才想設法尋找更簡單的解決方案。他們在一般被用來製作金屬玻璃的原料鋯、鋁、銅及鎳中尋找配方，最後他們找到了一個簡單的方法，可以使得在材料中正好是堅硬且高密度的區域外面包著軟的低密度的區域。因此，當研究人員彎折材料時，從某個區域開始的裂縫不會傳到下一個區域。材料不再因為一個小裂縫而整個碎掉，而是會把應力分散到許多的小裂縫，使得它比之前的材料可以有更大程度的彎曲。這個結果發表於2007年三月九日的Science上。Stanford University in California的材料學家Reinhold Dauskardt認為這是個相當重要的結果。可是他也注意到，在論文裡呈現的數據只集中在當材料受到擠壓時的情形，而沒有被拉扯時的情形。後者關係到的是材料所可以承受的張力為何，這是在許多的應用上，例如支撐建築物的結構，ㄧ個很重要的性質。因此，如果這個新的材料也可以承受這種形式應力的話，那就幾乎可以取代大部分現有的材料了。

參考來源： ScienceNow: New Glass Bends Rule, but Doesn't Break It ; Super Plastic Bulk Metallic Glasses at Room Temperature