液态金属:玻璃终结者

提到液态金属，第一反应可能就是《终结者2》当中的液态金属机器人，它可以幻化成任何形状，能够承受各种破坏，更神奇的是它还充满只能。问题是液态金属真有这个能耐吗，它离现实生活究竟有多远。

也许不远的将来，在手机外壳的材质上，我们将首先与液态金属有个“亲密接触”。

早在去年iPhone 5尚未面世的时候，坊间就流传着苹果将会在下一代产品中抛弃钢化玻璃，转而采用液态金属外壳。虽然最终答案并非如人所愿，但是期待却丝毫没有降低。

今年年中，当美国专利及商标局授予苹果子公司Crucible一项用于量产液态金属薄片的技术专利；而苹果的竞争对手HTC和中国台湾当地的外壳制造商杰邦国际达成了合作，且从日本招募了一个研发团队，着力液态金属手机开发，人们相信未来的手机一定会穿上这“磨不坏，压不扁”的金刚战衣。

上世纪60年代人们首次在实验室成功制备这种金属，当时就被它与众不同却无与伦比的特性所吸引：高强度、高柔韧性且可以和玻璃一样不需要二次打磨，可以一次性成型各种复杂形状……因此，业界更喜欢将它称作“金属玻璃”，或者学名：非晶态金属。

不过，要大规模地制备这种“未来材料”却并非易事。从第一代几纳米厚，到现在25毫米厚，人们探索了半个世纪。

制备的曲折路

玻璃和金属，这是人们日常生活中随处可见的材料，不过却有着完全不同的性质。金属富有光泽，并且导电，富有延展性，然而却无法和玻璃一样能够随心所欲地做成各种各样的形状，并且同时保持表面平滑。玻璃虽然可以被艺人们吹制成各种各样的灯具、装饰品，但是在硬度强度上却始终难以比肩各种金属合金。所以，即便在日常生活工作中，人们经常需要制备一些极端复杂形状的金属，但是碍于传统有限的打磨加工工艺，只能够不了了之。

科学家们是科技界的艺术家。自从他们发现将不同的金属按照一定比例放在一起，可以制备出性能优异的合金时，梦想也开始慢慢的变大了。他们希望能够金属如同和玻璃一样被“吹制”，做成各种各样极端复杂的形状的同时依然保持坚固。

不过，要实现这个梦想，并非容易的事情。从化学的角度来看，金属属于晶体。若是显微镜足够厉害，那么人们就会发现金属内部如同有无数个“小方阵”。“小方阵”内的金属原子手拉着手，以一种被称作“金属键”的形式紧紧的组合在一起。要将这些“小方阵群”打散还相对容易，若是要将“小方阵”内部的金属原子打散并且保持固态就十分的困难。因为，它们之间仿佛会如同商量好一样，随时随地想形成“小方阵”。

不过，玻璃却不一样，属于非晶体的范畴。若是将金属看作无数“小方阵”组成的一个“大方阵”的话，那么玻璃这种非晶体就可以看成直接由原子组成的大方阵，没有小集体的存在。也因此，要将它完全打散也且保持固态就相对容易。

“所以，如果金属内部的原子也可以如同玻璃一样，不搞小团体，是否就会同时拥有非晶体和晶体的优点呢？”科学家们很容易就从这两种不同物质的内部结构中看到了异同点，也同时有了努力的目标：打破“小方阵”，让金属晶体内部“非晶体化”。

要实现这个目标的第一步就是将金属内部所有的“小方阵”彻底打破。这并不难，只要将温度升到足够高，变为液态，就可以实现。因为在不断的加温加热过程中，这些金属原子们能量会越来越高，相互碰撞会越激烈，最终支离破碎。但是，问题是一旦从液态降温，这些原子们就在释放能量的同时，又会悄悄地按照以前的方式重新组合。所以，科学家必须和时间赛跑，让这些金属原子还没有移动到位时就马上凝结成固态，这样，非晶态金属就可以制备了。

20 世纪 60 年代，美国加州理工学院的皮・杜威就将熔化的金属倒入一个快速旋转的铜制圆筒，超高速降温，就能得到冻胶状的金属片。尽管这种金属片只有几纳米厚，但是金属玻璃的问世还是给了科学家们很大的勇气和力量。

不过，这种方法需要的降温速度实在太快了，因此金属只能做成薄层状来加快散热。冶金学家发现，只有当薄层在每秒一百万摄氏度的速率下冷却时，才能形成金属玻璃。而这种玻璃最多也就是做一些很薄的条状物、导线或者是粉末，无法实际应用。

辛勤的探索终于盼来了曙光。上世纪90年代初期，皮・杜威的学生承接了老师的衣钵，利用合金疾速冷却和添加大金属原子的办法，制备了一种能被称为”Vitreloy”的新型材料。这种包含了锆、钛、铜、镍等大金属原子以及较小的铍金属原子的材料相比于钢更有弹性，而且锻造温度仅仅需要400摄氏度，远低于锻造钢所需要的1000摄氏度高温。这种高硬度的产品首先被他们用到了高尔夫球杆上。相比于传统金属球杆，击球时几乎不会因为变形而损失能量。

然而，他们很快发现，这种材料拥有了玻璃这样的易于塑形的特性，但同时也非常易碎！其实非常容易理解，普通合金中金属原子有自己的小集体，即便有因为击打让一部分“小方阵”之间出现“裂缝隔阂”，但是在“裂缝”扩展时也会因为很快碰到其他集团而终止。不过在非晶态金属当中，由于没有这样的大单位存在，就很容易一破到底。因此，要解决如此问题，就需要给“裂缝”来点拦路虎。

2003 年，美国弗吉尼亚大学的约瑟夫・普恩和加里・西弗赖特宣布，他们利用碳、铁和少量锰，成功研制出“钢玻璃”。

不具有的性质

一开始，人们是希望这种非晶态金属能够保持金属的本性，提高其强度和韧性，并且能够和玻璃一样直接制备复杂形状的设备。然而，随着制备工艺的不断进步，他们也逐渐发现了其他绝活。

首先，它们具有非常优异的抗腐蚀性。这个本事在金属家族可是只有例如金、铂等“贵族金属”才有的本领。其他例如铝、铁、锌等“平民金属”时时刻刻要受到腐蚀。

多年以来，人们为了提高金属的抗腐蚀做足功课。在对非晶金属的研究中，科学家们研究发现，由于有别于自然金属的内部结构，这种非晶态合金在自然环境中不太容易因为不同金属原子电位不同而导致腐蚀微电池的形成。更重要的一点是，它可以以非常快的速度在其表面穿上一层“防弹衣”，形成钝化膜，阻止外界的进一步腐蚀，保持本我。

非晶态金属合金相比目前最好的钢材强度和柔韧性要分别高出3倍和10倍以上，虽然科学家们在为其大型化生产呕心沥血，成绩斐然，但是仍然面临很多问题。

首先，即便是世界上最先进的公司，能够制备的非晶态金属厚度也不超过25毫米。虽然性能十分优异，但是限制死了实际应用范围。就目前而言，人们也最多只能制做iPhone的SIM卡取卡针和手机外壳这样的低厚度产品。此外，这些非晶态金属内部的金属原子虽然无法再次“抱团”，形成“小方阵”，但是仍然有这样的“意愿”。若是不能将它们安置到一个稳定状态，它们就会很快地变回去，成为普通金属。所以，目前科学家们的攻关方向之一就是让那些金属玻璃稳定一些，再稳定一些，忘记过去。

目前，金属玻璃在实际使用当中，虽然范围有限，可是已经有很多厂商对这块“蛋糕”跃跃欲试。Liquidmetal Technologies是全球第一家专门生产大块非晶合金的公司。这个成立于1987年的公司被认为是较为权威的国际非晶科技研究组织，他们的产品已经应用在例如体育运动、电子产品和医药等诸多领域。

而现在苹果取得了他们这项新型金属科技的独家使用权（主要是外壳和附件制造），Liquidmetal希望苹果能在一款突破性产品上使用液态金属，为人们带来革命性的用户界面和工业设计，并且很难被其他材料所复制和模仿。