【主持人】
看完电影《终结者2》的人,无不为影片中邪恶的机器人从固态到液态的随意变形而感到震惊。现在有一种材料也是这样,可以按照你的要求,想变什么就变什么,想它有多坚硬就有多坚硬,到底是什么呢?随我一起去看一看。
【配音】(一段电影《终结者2》的镜头)
在电影《魔鬼终结者2》中,邪恶的机器人是由一种液态金属制成的,他能够毫不费力地从人形变为直升机或者其他任何形状的东西,甚至可以从门缝下轻松地流过去。现在对于人类来说,这将不再是科幻片才能出现的,一种类似“魔鬼终结者”的材料将出现在世界上的每个角落。
【片花】
一种特殊的材料,不仅能按照要求随意地变形,而且还敲不烂、打不碎,非常结实,它不是玻璃,更不是金属,那它是什么呢?
【出片名】
敬请收看《魔鬼材料现形记》
(特技镜头转向中科院物理研究所)
【字幕】
中科院物理研究所极端条件物理重点实验室
【配音】
这是一个阳光灿烂、万物复苏的日子,在中科院的一个物理重点实验室内,几名科研人员正在紧张地忙碌着。在实验室里的桌子上我们看到了一种像是金属的材料。然而,研究人员告诉我们这些不是金属。那它们是什么呢?难道是一种我们从未见过的新型材料吗?这不禁使我们好奇了起来。
【字幕】
潘明祥中科院物理研究所博士实验室的主要负责人
潘博士告诉我们,这是一种新型的材料,为了让我们对这种新型材料有个直观的认识。他给我们做了几个小实验。
【字幕】
电视获奖作品三等奖作品试验一开水泡材料
潘博士(或他或我们)随手拿起了一个新型材料,用手掰一下,根本掰不动,或者掰不变形,而把它放到白开水中,一会儿的工夫,你可以看见,它被掰弯曲了,而且还可以做成任意形状。当把它拿出开水时,新型材料又变得坚硬无比了。潘博士解释说,这个实验证明这种材料有个软化点,也就是说,当这种材料处于软化点的时候,可以软化,就像面团、橡皮泥那样,任人拿捏。而且,这种软化点的温度很低,在100℃左右。低于或高于这个温度都软化不了。当然,这里所说的低温是和钢铁的上千(摄氏)度的熔化点相比而言的,100℃在金属材料的工业生产上就是低温了。另外,需要强调的是,钢铁等金属是没有软化点的,要想“拿捏”它们只能是将它们放在上千(摄氏)度的高温里熔化成液体后,才能浇铸在模具里成型。
【同期】
潘明祥:如果用在工业上,就很好了,软化点低,就可以随意塑性了,减少了很多加工程序。
【配音】
同样的一颗小球,从同一个高度放下,在钢铁材料上的小球没有蹦跳几下(就不能再蹦跳了)。而蹦在新型材料上的小球不但蹦得高,而且蹦跳的时间也长。潘博士说,这就证明这种材料有非常好的弹性和能量传递特性。如果把这种材料做成高尔夫球头,谁都可以很轻松地将高尔夫球打得又远又高。
除此之外,我们还看到,这种新型材料能被拉成头发丝那么细,这就说明这种新型材料的拉伸或超塑性变形性能很好,而且这种材料怎么也敲不烂打不碎,比钢的强度高3倍、弹性大10倍,还有非常强的抗腐蚀特性。
这是怎样的一种材料呢,看完实验,潘博士说出了答案。
【同期】
潘明祥:我们研究的是一种新型的金属玻璃。
【配音】
这明明是比钢铁还厉害的材料,怎么一下成了玻璃呢?取个“无敌金刚”名才合适吧。潘博士告诉我们这种取名叫块状金属玻璃的材料,其实并不是因为它的外形像门窗上的玻璃,而是由于它们的内部原子结构排列像玻璃。一般说来,钢铁等金属内部原子的排列是有序的,玻璃内部原子的排列是无序、杂乱无章的。
(画面:分别加入金属的分子排列和玻璃的分子排列图并加字幕)
【同期】
潘明祥:我们将几种稀土元素,比如说,有铈、镨、镝等金属元素按一定的比例混合在一起,高温加热,融合在一起,原先有序排列的分子、原子就变得无序了,然后用快速冷冻的方法,将这种无序的状态保持下来。
【配音】
潘博士在解释这种新型材料为什么叫块状金属玻璃的同时,其实也给我们说明了块状金属玻璃是怎么制造出来的。详细来说,就是将几种稀土元素,比如说铈、镨、镝等几种金属元素,按照一定的比例把它们混合在一起,经过高温加热,几种金属就会形成溶液混合在一起,然后经过快速冷冻,几种稀土金属就会脱胎换骨变成块状金属玻璃了。所以说,金属玻璃不但有着玻璃的特性,可塑性强,而且还有超越玻璃性能的本领,敲不烂、打不碎,非常结实。
【片花】
一种特殊的材料,不仅能按照要求随意地变形,而且还敲不烂、打不碎,非常结实。它不是玻璃,更不是金属,那它是什么呢?
【出片名】
敬请收看《魔鬼材料现形记》
【配音】
其实早在(20世纪)60年代,美国加州理工学院的皮·杜威就发现金属玻璃,从60年代一直到80年代,制成金属玻璃的厚度只有几纳米,应用受到非常大的限制。于是,科学家们开始寻找生产块状金属玻璃的方法。日本仙台东北大学金属材料研究所的井上明久研究组发现,在合金中添加一些大的金属原子,比如镧原子,就能形成比较厚的金属玻璃。而说起中科院研究金属玻璃,要从实验室主任汪卫华博士说起。1993年,汪博士留学德国,在留学期间,他接触到了金属玻璃,领略了金属玻璃的魅力。1997年,王博士回国后在物理所成立了极端条件物理重点实验室,开始长达近十年金属玻璃的研究。
【同期】
潘明祥:我们现在最新的研究就是研究出金属玻璃的新的最低软化点60(摄氏)度,一种新型的的金属玻璃,或者叫金属塑料,更容易塑性,方便加工生产。
【配音】
我们在实验室里确实看到,一个刚出炉不久的块状金属玻璃,经过机器几秒钟的时间的处理,便变成了一个徽章。当然,金属玻璃的应用不仅仅是这些,大到太空事业,可做成火星探测器的保护套、太阳风收集器,小到我们的生活,比如说可以做成手术刀片、剃须刀片、手机、汽车的外壳和零件。说不定在若干年后,我们可以驾驶着又便宜、又安全的金属玻璃做成的小轿车在野外度过一个愉快的周末。
播出:北京电视3台《科技全方位》2006年4月13日