说起金属的特点，跃入我们脑海的首先是坚硬、不透明，有时会生锈，甚至有时会断裂；而谈到玻璃，给人的感觉是易破碎、透明。大家知道，金属是晶体，玻璃是典型的非晶体，它们的原子排列分别如图11-1所示。金属玻璃，听上去就像一个不可思议的东西，但是金属和玻璃这两种看似风马牛不相及的材料，却被科学家们神奇地联系在了一起。那么，又是什么手段使金属变成“玻璃”的呢？

图11-1 金属与玻璃的原子排列方式

a）金属晶体 b）玻璃非晶体

1960年，美国科学家皮·杜威等首先发现金-硅合金等液态贵金属合金在冷却速度非常快的情况下，金属原子来不及按它的常规结晶，在它还处于不整齐、杂乱无章的状态时就被“冻结”了，成为非晶态金属。这些非晶态金属具有类似玻璃的某些结构特征，故称为金属玻璃（见图11-2）。

图11-2 金属玻璃

金属和玻璃的最大差别是：金属在从液态冷却凝固的过程中有确定的凝固点，原子按一定的规律排列，形成晶体；而玻璃从液态到固态的转变是连续的，没有明确的分界线，即没有固定的凝固点。

用锤子砸晶体金属，它将吸收晶粒周围释放的能量，但是非晶态金属中的原子由于紧紧地“挤”在一起，在受到敲打时很易恢复到原状，而且这种金属玻璃像液体一样的结构意味着它们熔化的温度很低，能够像塑料一样容易被加工成想要的形状。

那么这种金属玻璃有何特点呢？科学家们创造出来的这种匪夷所思的新材料又有何用处呢？

从青铜时代开始，人类在使用金属的几千年漫长的岁月中，所见到的金属几乎都是晶体，它们均具有排列整齐的原子结构。金属晶体排列有缺陷的地方在一定的外力的作用下常常会断裂，也就是我们通常所说的材料失效，其原因是连接两个晶粒的能量低于凝聚一个晶粒的能量，于是两个晶粒之间的间隙就形成了一个脆弱区，断裂和腐蚀就很容易从这里发生。这也正是材料的弱点所在，即一旦受到过大的外力，首先承受不了的就是晶粒结合部。而这种金属玻璃的原子排列由于是无序的，它没有特殊的薄弱环节，因此金属玻璃的强度比一般金属材料高得多，最高可达3500MPa。更难能可贵的是，在具有如此高强度的同时，这种材料还保持难以令人想象的韧性和塑性。所以，人们赞扬金属玻璃为“敲不碎，砸不烂”的“玻璃之王”。(www.daowen.com)

另外，由于金属玻璃没有金属那样的晶粒边界，腐蚀剂无空子可钻，所以从根本上解决了金属晶界的腐蚀问题。金属玻璃的耐蚀性特别好，尤其是在氯化物和硫酸盐中的耐蚀性大大超过了现在广泛应用的不锈钢（它的耐蚀性超过不锈钢100多倍），被人们誉为“超不锈钢”。

金属玻璃还具有很好的超导性和抗核辐射等难得的优良性能。单晶硅太阳能电池价格昂贵，如果将其用非晶硅（即硅金属玻璃）太阳能电池（见图11-3）来代替，其价格就便宜多了，太阳能电池也就能更好地推广和普及。

图11-3 非晶硅太阳能电池薄膜

航空航天技术中应用最多的是复合材料，它也是现代科学研究的热点。用金属玻璃代替硼纤维和碳纤维制造复合材料，会进一步提高复合材料的适应性。硼纤维和碳纤维复合材料的安装孔附近易产生裂纹，而金属玻璃在具有很高强度的情况下，仍保持金属塑性变形的能力，因此有利于阻止裂纹的产生和扩展。

图11-4所示是一个用金属玻璃制作的美丽的水果盘，但是它的造价却是一个天文数字。制造金属玻璃的关键是要以极高的冷却速度，即在0.001s的时间内把熔化的金属材料冷却为固体（这样的冷却速度等于在1s内把温度突然降低100万℃），因为只有达到这样的冷却速度，熔化的合金液体才来不及调整为晶体结构，突然被凝固成毫无秩序的固态。这个1×10⁶℃/s的冷却速度目前是现代科学研究的重点。

2011年，美国耶鲁大学材料科学家简·施罗斯带领的一支研究小组发现，块状金属玻璃能够随意排列原子，而不是像普通金属中的原子那样呈有序的晶体结构，并且该合金材料能够像塑料一样随意地吹塑成普通金属无法实现的复杂外形，而且还不失去金属的硬度和坚固度。这个发现使得人们对金属玻璃的认识又进了一步。

图11-4 金属玻璃水果盘