液態金屬：玻璃終結者

提到液態金屬，第一反應可能就是《終結者2》當中的液態金屬機器人，它可以幻化成任何形狀，能夠承受各種破壞，更神奇的是它還充滿只能。問題是液態金屬真有這個能耐嗎，它離現實生活究竟有多遠。

也許不遠的將來，在手機外殼的材質上，我們將首先與液態金屬有個“親密接觸”。

早在去年iPhone 5尚未面世的時候，坊間就流傳著蘋果將會在下一代產品中拋棄鋼化玻璃，轉而采用液態金屬外殼。雖然最終答案并非如人所愿，但是期待卻絲毫沒有降低。

今年年中，當美國專利及商標局授予蘋果子公司Crucible一項用于量產液態金屬薄片的技術專利；而蘋果的競爭對手HTC和中國臺灣當地的外殼制造商杰邦國際達成了合作，且從日本招募了一個研發團隊，著力液態金屬手機開發，人們相信未來的手機一定會穿上這“磨不壞，壓不扁”的金剛戰衣。

上世紀60年代人們首次在實驗室成功制備這種金屬，當時就被它與眾不同卻無與倫比的特性所吸引：高強度、高柔韌性且可以和玻璃一樣不需要二次打磨，可以一次性成型各種復雜形狀……因此，業界更喜歡將它稱作“金屬玻璃”，或者學名：非晶態金屬。

不過，要大規模地制備這種“未來材料”卻并非易事。從第一代幾納米厚，到現在25毫米厚，人們探索了半個世紀。

制備的曲折路

玻璃和金屬，這是人們日常生活中隨處可見的材料，不過卻有著完全不同的性質。金屬富有光澤，并且導電，富有延展性，然而卻無法和玻璃一樣能夠隨心所欲地做成各種各樣的形狀，并且同時保持表面平滑。玻璃雖然可以被藝人們吹制成各種各樣的燈具、裝飾品，但是在硬度強度上卻始終難以比肩各種金屬合金。所以，即便在日常生活工作中，人們經常需要制備一些極端復雜形狀的金屬，但是礙于傳統有限的打磨加工工藝，只能夠不了了之。

科學家們是科技界的藝術家。自從他們發現將不同的金屬按照一定比例放在一起，可以制備出性能優異的合金時，夢想也開始慢慢的變大了。他們希望能夠金屬如同和玻璃一樣被“吹制”，做成各種各樣極端復雜的形狀的同時依然保持堅固。

不過，要實現這個夢想，并非容易的事情。從化學的角度來看，金屬屬于晶體。若是顯微鏡足夠厲害，那么人們就會發現金屬內部如同有無數個“小方陣”。“小方陣”內的金屬原子手拉著手，以一種被稱作“金屬鍵”的形式緊緊的組合在一起。要將這些“小方陣群”打散還相對容易，若是要將“小方陣”內部的金屬原子打散并且保持固態就十分的困難。因為，它們之間仿佛會如同商量好一樣，隨時隨地想形成“小方陣”。

不過，玻璃卻不一樣，屬于非晶體的范疇。若是將金屬看作無數“小方陣”組成的一個“大方陣”的話，那么玻璃這種非晶體就可以看成直接由原子組成的大方陣，沒有小集體的存在。也因此，要將它完全打散也且保持固態就相對容易。

“所以，如果金屬內部的原子也可以如同玻璃一樣，不搞小團體，是否就會同時擁有非晶體和晶體的優點呢？”科學家們很容易就從這兩種不同物質的內部結構中看到了異同點，也同時有了努力的目標：打破“小方陣”，讓金屬晶體內部“非晶體化”。

要實現這個目標的第一步就是將金屬內部所有的“小方陣”徹底打破。這并不難，只要將溫度升到足夠高，變為液態，就可以實現。因為在不斷的加溫加熱過程中，這些金屬原子們能量會越來越高，相互碰撞會越激烈，最終支離破碎。但是，問題是一旦從液態降溫，這些原子們就在釋放能量的同時，又會悄悄地按照以前的方式重新組合。所以，科學家必須和時間賽跑，讓這些金屬原子還沒有移動到位時就馬上凝結成固態，這樣，非晶態金屬就可以制備了。

20 世紀 60 年代，美國加州理工學院的皮·杜威就將熔化的金屬倒入一個快速旋轉的銅制圓筒，超高速降溫，就能得到凍膠狀的金屬片。盡管這種金屬片只有幾納米厚，但是金屬玻璃的問世還是給了科學家們很大的勇氣和力量。

不過，這種方法需要的降溫速度實在太快了，因此金屬只能做成薄層狀來加快散熱。冶金學家發現，只有當薄層在每秒一百萬攝氏度的速率下冷卻時，才能形成金屬玻璃。而這種玻璃最多也就是做一些很薄的條狀物、導線或者是粉末，無法實際應用。

辛勤的探索終于盼來了曙光。上世紀90年代初期，皮·杜威的學生承接了老師的衣缽，利用合金疾速冷卻和添加大金屬原子的辦法，制備了一種能被稱為”Vitreloy”的新型材料。這種包含了鋯、鈦、銅、鎳等大金屬原子以及較小的鈹金屬原子的材料相比于鋼更有彈性，而且鍛造溫度僅僅需要400攝氏度，遠低于鍛造鋼所需要的1000攝氏度高溫。這種高硬度的產品首先被他們用到了高爾夫球桿上。相比于傳統金屬球桿，擊球時幾乎不會因為變形而損失能量。

然而，他們很快發現，這種材料擁有了玻璃這樣的易于塑形的特性，但同時也非常易碎！其實非常容易理解，普通合金中金屬原子有自己的小集體，即便有因為擊打讓一部分“小方陣”之間出現“裂縫隔閡”，但是在“裂縫”擴展時也會因為很快碰到其他集團而終止。不過在非晶態金屬當中，由于沒有這樣的大單位存在，就很容易一破到底。因此，要解決如此問題，就需要給“裂縫”來點攔路虎。

2003 年，美國弗吉尼亞大學的約瑟夫·普恩和加里·西弗賴特宣布，他們利用碳、鐵和少量錳，成功研制出“鋼玻璃”。

不具有的性質

一開始，人們是希望這種非晶態金屬能夠保持金屬的本性，提高其強度和韌性，并且能夠和玻璃一樣直接制備復雜形狀的設備。然而，隨著制備工藝的不斷進步，他們也逐漸發現了其他絕活。

首先，它們具有非常優異的抗腐蝕性。這個本事在金屬家族可是只有例如金、鉑等“貴族金屬”才有的本領。其他例如鋁、鐵、鋅等“平民金屬”時時刻刻要受到腐蝕。

多年以來，人們為了提高金屬的抗腐蝕做足功課。在對非晶金屬的研究中，科學家們研究發現，由于有別于自然金屬的內部結構，這種非晶態合金在自然環境中不太容易因為不同金屬原子電位不同而導致腐蝕微電池的形成。更重要的一點是，它可以以非常快的速度在其表面穿上一層“防彈衣”，形成鈍化膜，阻止外界的進一步腐蝕，保持本我。

非晶態金屬合金相比目前最好的鋼材強度和柔韌性要分別高出3倍和10倍以上，雖然科學家們在為其大型化生產嘔心瀝血，成績斐然，但是仍然面臨很多問題。

首先，即便是世界上最先進的公司，能夠制備的非晶態金屬厚度也不超過25毫米。雖然性能十分優異，但是限制死了實際應用范圍。就目前而言，人們也最多只能制做iPhone的SIM卡取卡針和手機外殼這樣的低厚度產品。此外，這些非晶態金屬內部的金屬原子雖然無法再次“抱團”，形成“小方陣”，但是仍然有這樣的“意愿”。若是不能將它們安置到一個穩定狀態，它們就會很快地變回去，成為普通金屬。所以，目前科學家們的攻關方向之一就是讓那些金屬玻璃穩定一些，再穩定一些，忘記過去。

目前，金屬玻璃在實際使用當中，雖然范圍有限，可是已經有很多廠商對這塊“蛋糕”躍躍欲試。Liquidmetal Technologies是全球第一家專門生產大塊非晶合金的公司。這個成立于1987年的公司被認為是較為權威的國際非晶科技研究組織，他們的產品已經應用在例如體育運動、電子產品和醫藥等諸多領域。

而現在蘋果取得了他們這項新型金屬科技的獨家使用權（主要是外殼和附件制造），Liquidmetal希望蘋果能在一款突破性產品上使用液態金屬，為人們帶來革命性的用戶界面和工業設計，并且很難被其他材料所復制和模仿。