玻璃態(tài)材料特點(diǎn)是不同于原子整齊排列的晶體材料，這些材料具有長(zhǎng)程無(wú)序、短程有序的原子結(jié)構(gòu)。不僅水杯、窗戶(hù)是玻璃態(tài)材料。我們常見(jiàn)的蠟燭、橡膠、光纖等也屬于玻璃態(tài)材料。
晶體和玻璃的原子結(jié)構(gòu)示意圖，左圖為晶體，右圖為玻璃
玻璃結(jié)構(gòu)的無(wú)序孕育著無(wú)限可能，玻璃態(tài)材料具有一系列非常可貴的特性，各向同性，亞穩(wěn)性、高強(qiáng)度、高彈性、耐腐蝕、耐磨性等。正是這些良好特性的存在，讓它不僅在建筑、汽車(chē)、家庭用品等方面應(yīng)用廣泛，更是信息通訊、航空航天等尖端領(lǐng)域的關(guān)鍵材料。
日常生活中隨處可見(jiàn)的金屬材料也能被做成玻璃態(tài)材料，這種材料就是金屬玻璃，也叫非晶合金。
不同形態(tài)的非晶合金
將還未結(jié)晶的高溫金屬熔體，比如Fe基合金、Co基合金、Fe-Ni合金等，通過(guò)甩帶的方式快速冷卻，就得到了金屬玻璃材料。它的微觀結(jié)構(gòu)不像常見(jiàn)的金屬那樣原子整齊排列，而是和玻璃一樣，原子排列混亂無(wú)序。這種特殊的結(jié)構(gòu)賦予了它許多特有的性能，如優(yōu)異的軟磁性能、力學(xué)性能、化學(xué)性能等，從而被應(yīng)用到電力電子、信息通訊、交通運(yùn)輸、能源等各個(gè)領(lǐng)域。
由于金屬玻璃具有較高的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度、高磁導(dǎo)率和低矯頑力等，用它制成的電子元器件，結(jié)構(gòu)更加小型化、輕量化，并且損耗小，對(duì)于實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排具有重要意義。
相較于傳統(tǒng)材料，金屬玻璃被用在配電變壓器上能夠使空載損耗降低70-80%。不僅如此，金屬玻璃還可以被制成鐵芯應(yīng)用到高速電機(jī)中。尤其是在中高頻的應(yīng)用場(chǎng)合中，傳統(tǒng)硅鋼電機(jī)鐵芯損耗急劇升高，用金屬玻璃代替后，一般可使電機(jī)運(yùn)行效率提高至95%以上，甚至可達(dá)到98%，節(jié)能優(yōu)勢(shì)明顯。
電子元件
金屬玻璃的應(yīng)用領(lǐng)域——配電變壓器
電動(dòng)汽車(chē)無(wú)線充電
正是因?yàn)榻饘俨Ａ哂械母鞣N奇妙特性，這一神奇材料所展示出的“十八般武藝”才遠(yuǎn)遠(yuǎn)超乎了我們的想象，應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛。
金屬玻璃具有高強(qiáng)度，如鈷基塊體金屬玻璃，它的斷裂強(qiáng)度高達(dá)6.0GPa，鐵基金屬玻璃的斷裂強(qiáng)度可以達(dá)到3.6GPa，是一般結(jié)構(gòu)鋼的數(shù)倍。
金屬玻璃具有高彈性，它的彈性極限是一般晶體合金的幾倍到幾十倍。比如用鋯基金屬玻璃制作高爾夫球桿的擊球頭，可以將接近99%的能量傳遞到球上，其擊球距離比普通球桿遠(yuǎn)1.3倍。利用金屬玻璃的高彈性還可以制作各種空間應(yīng)用零部件，如作為航天器機(jī)械臂關(guān)節(jié)減速器使用的諧波齒輪、用于減震的彈性多孔金屬橡膠等。
金屬玻璃是一種功能材料，能夠用來(lái)清潔水污染、用以?xún)?chǔ)能和析氫，為解決環(huán)境污染和能源存儲(chǔ)等問(wèn)題提供了新思路。比如鐵基、鎂基、鋁基等金屬玻璃可以降解偶氮染料溶液，其褪色速率是相應(yīng)晶態(tài)合金的幾十甚至上千倍。金屬玻璃通過(guò)去合金化可以制備納米多孔復(fù)合結(jié)構(gòu)，從而大幅提高離子和電子的輸運(yùn)特性，最終比電容增加，這種高儲(chǔ)能密度納米多孔材料有望作為柔性自支撐超級(jí)電容器電極獲得應(yīng)用。金屬玻璃具有較高的析氫催化活性，是一種理想的獨(dú)立式催化電極。
金屬玻璃的出現(xiàn)，對(duì)人類(lèi)材料科學(xué)領(lǐng)域而言有著變革性的意義，未來(lái)它將在能源、生命健康、國(guó)防軍工等領(lǐng)域繼續(xù)大放異彩。路漫漫其修遠(yuǎn)兮，吾將上下而求索。唯有不懈奮斗，才是我國(guó)新材料不斷向前發(fā)展的不竭動(dòng)力和長(zhǎng)久希望！
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