引言:中国科学家领导的一个国际研究小组取得了突破性进展,为超光速的发展带来了希望,具有极高强度的金属或将极大的改变太空格局。
Soyuz TMA-17M航天器运送宇航员升空前往国际空间站,此图为在俄罗斯的发射场景。金属玻璃可用于未来太空任务。图片来源:路透社(Reuters)
金属玻璃或称作非晶态金属,一直是下一代航天器的热门候选材料。
这种材料通过快冷至固态形成,其原子结构接近于玻璃,而不是其他金属或合金。这种结构使得材料非常轻,但强度非常高,是制造航天器的理想材料。
金属玻璃在军事方面的应用也有相当有前景,一些研究人员认为,它可以用于开发防弹衣,甚至是反坦克火箭。
太空机构,包括美国NASA,一直希望在多个领域应用这种材料,从用于防止空间碎片的航天器机身和防护壳,一直到其未来在月球或火星上的结构。
在去年的一份报告中,NASA喷气推进实验室(Jet Propulsion Laboratory)认为在许多太空应用中,“金属玻璃可能是性能最高的材料,通常是钛预测性能的两倍。”
但金属玻璃存在有一个致命的缺陷:寿命太短。
金属玻璃受到外界物理应力时,就会失去其令人难以置信的物理性能,变得脆弱。这严重限制了这种材料的应用,特别是在将寿命和可靠性视为关键的航天工业当中。中国科学院(Chinese Academy of Sciences)研究人员连同来自英国和日本的研究人员在《自然》(Nature)上发表了一篇论文,透露说他们已经找到了解决方法。
至少可以说,这个解决方法很奇怪。
几千年来,我们利用金属材料的方式或多或少都有些类似。将其加热到一个很高的温度,然后塑造成需要的东西。
然而,研究人员说金属玻璃最好不采用加热炉,而采用“冰箱”。
该研究团队由北京中科院物理研究所WangWeihua领衔,他们将这种玻璃片浸泡在液氮中数分钟时间,再抬起,升温到室温。
重复这样的操作十几次,就像是反着操作的铁匠,最后获得了所谓的“终极固体”—一种具有较长寿命的金属玻璃。
根据研究人员的研究,这种玻璃的快速老化是由“玻璃结构固有的非均匀性”造成的。换句话说,原子排列的随机性还不够随机,在某些地方或多或少存在着有序结构。
反复的“冰冻”处理使得原子进一步被随机化,消除了导致材料不稳定的内部缺陷。
作者认为这种新方法适用于工业生产以及低成本的规模化生产。
金属玻璃通常是由几种金属组成的合金,比如镧、镁、锆、钯、铁、铜和钛。上世纪60年代,加州理工(California Institute of Technology)研究人员最先开发出这种材料。
据中国大陆媒体报道,中国是金属玻璃的主要生产国家,仅次于美国。目前,它的应用主要在电力行业,变压器中使用这种材料是为了减少因其导电造成的热量浪费。
考虑中国太空项目的敏感性,一位研究人员匿名称,这项发现很重要,但仍需要几年时间才可能在航天飞行中进行测试。
“实验室中许多有效的方法转化到工厂后都失效了,因为会发生很多意外的挑战。”
如果持续对该材料进行炒作的话,该研究人员也认为这种材料有可能“改变格局”。
“如果把现在的太空飞船比作重型卡车,那么这种材料将使其变为赛车。”