メタリックガラスの台頭：強度と柔軟性を兼ね備えたスーパー素材

概要

本記事では、鋼の強度とプラスチックの柔軟性を兼ね備えた、メタリックガラスという素材のユニークな特性について探求します。メタリックガラスは強く、導電性があり、弾性エネルギーを蓄え放出することができ、スポーツ用品から電子機器のケースまで幅広い用途に適しています。その独特な原子構造は、粒界がないため、強度と柔軟性に貢献しています。メタリックガラスはまだ高価で、荷重を負うアプリケーションには十分に耐えられませんが、科学者やエンジニアはその可能性に興奮しています。

鋼とプラスチックの強みと弱み

鋼とプラスチックは、インフラや技術に使用される2つの重要な素材です。鋼は強く硬いですが、細かい形状を作るのは難しいです。一方、プラスチックはどんな形状でもとれますが、弱く柔らかいです。科学者や技術者は、鋼の強度とプラスチックの柔軟性を兼ね備えた素材を探してきました。

メタリックガラスの台頭

それがメタリックガラスです。比較的新しい発明であり、これらの特性を持ち、さらに多くの特性を持っています。メタリックガラスは金属のように熱と電気を伝えますが、はるかに強く、鋭いメスや強い電子機器のケース、ヒンジ、ネジに最適です。また、弾性エネルギーを蓄え放出することができるため、テニスラケット、ゴルフクラブ、スキーなどのスポーツ用品に最適です。メタリックガラスは腐食に耐性があり、鏡のような表面を持つ複雑な形状に一度に成形することができます。

メタリックガラスの独特な原子構造

メタリックガラスの独特な特性は、その原子構造によるものです。ほとんどの金属は結晶性であり、その原子は繰り返しパターンできれいに並んでいます。しかし、メタリックガラスは非晶質の内部構造を持ち、ほとんどの金属が傷や腐食に弱い粒界が存在しません。メタリックガラスを作るには、溶融金属を急速に冷却することで、原子が再びその位置を見つけられなくなり、液体の混沌とした構造を持つ固体材料が得られます。

大量メタリックガラス：より安価で厚い

最初のメタリックガラスは、1960年に金とシリコンから作られましたが、ほとんどの実用的なアプリケーションには薄すぎました。その後、科学者たちは、自由に混ざり合うが容易に結晶化しない複数の金属を混ぜ合わせることで、大量メタリックガラス（BMG）を作ることができることを発見しました。数百種類の異なるBMGがありますが、多くはパラジウムやジルコニウムなどの高価な金属から作られ、結晶化を避けるために純粋でなければなりません。そのため、BMGはまだ高価で、荷重を負うアプリケーションには十分に耐えられません。

メタリックガラスの未来

これらの制限にもかかわらず、科学者やエンジニアは、メタリックガラスの可能性に興奮しています。より安価な金属からBMGを作り、それらをさらに強くする方法を見つけることができれば、可能性は無限大です。メタリックガラスは、建設から電子機器まで、これまで以上に強く、柔軟な素材を生み出すことで、産業を革命化することができます。