金屬+塑料+玻璃是啥？我們歷時17年做了一個實驗來研究_風聞

編輯 | 謹理

金屬和塑料是日常生活中廣泛使用的材料，現在看看有錢花而且有飯吃的你的身邊，是不是有數不盡的金屬製品？

還有數不盡的塑料製品？

吃完飯之後就要多學知識，想想金屬和塑料為什麼能大規模應用到生活中的方方面面呢？

1 金屬和塑料是矛盾的材料嗎

通常，金屬具有比較高的熔點，機械強度高。人類在很早以前就使用了金屬材料，而且可以追溯到人類文明有記載的青銅器時代。

和早時期的石器相比，金屬銅和金屬鐵是更加先進的材料。之所以青銅器和鐵器能夠取代石器，原因就是它們具有比石器更加優越的力學性能以及易於冶煉和加工的特點，所以第一次工業革命也和鋼鐵的大規模使用息息相關。

和金屬相比，塑料僅僅是20 世紀初開始興起的材料，因為變形和加工性能非常好，現在已經實現了大規模使用。

塑料是一類原子排布不規則的聚合物非晶體材料，其軟化點稱為玻璃轉變温度。由於塑料的玻璃轉變温度通常在室温附近，有的甚至低於室温，所以塑料可以在室温附近進行加工。塑料這種變形温度低以及變形能力強的特點， 使得塑料在發明以後就在日常生活和工業生產中迅速得以廣泛應用。

所以決定材料前景的因素，不僅需要材料自身獨特的物理化學性能（比如金屬），還要求材料具有優良的加工和變形性質（比如塑料）。

金屬和塑料是兩類近乎矛盾的材料：金屬的強度比塑料高很多, 但是加工性能比塑料差。所以有沒有可能開發出一種既有金屬的強度、又具有塑料那樣優異加工性能的材料呢?

2 金屬塑料的發現

答案是有的。2005年5月，中國科學院物理研究所報道了一種具有金屬的強度和塑料那樣優異加工性能的全新金屬材料。

這種材料在室温下具有和鋁鎂合金一樣的強度，但是當温度升高到開水温度時，它就像塑料一樣展現出拉伸、壓縮、彎曲、壓印等各種加工變形行為。正是因為兼有一般金屬的性質和塑料一樣的優異加工性能，這種材料被稱之為“金屬塑料”。

和生活中常用的金屬不一樣，金屬塑料不是晶體，而是非晶態結構，是非晶合金的一種。平時經常接觸到的鋼鐵、鋁合金等在微觀層次上原子的排列是具有對稱性的，而非晶體的原子排布沒有任何週期性結構，是個複雜無序體系。

左圖為計算機模擬的非晶態銅鋯合金結構，粒子排列無序聚集；右圖為晶態銅鋯合金結構，粒子排列十分規則[2]

非晶態固體材料種類實際上非常豐富，種類繁多。我們就生活在由非晶固體充斥的世界，人們日常見到的材料：塑料、玻璃、瀝青、琥珀、橡膠等都是非晶態固體。

玻璃作為一種無序的無機物非晶態物質，在人類文明的發展也具有重要作用，比如每天都會用到的杯子：

比如現代科學的發展基石的望遠鏡、顯微鏡的光學鏡片：

比如建築的藝術設計來源：

比如，正是下面的光纖（利用極高純度的玻璃媒介傳送光波），使得本推送讓更多人看到啦。

非晶態固體還具有不同於晶體的特徵：

1.非晶是亞穩態。在對非晶態物質升温的時候，非晶會發生向平衡態演變的過程，其物理性質和原子排布結構隨着時間也會發生改變，所以在使用非晶材料時要考慮其在使用過程中的穩定性因素（物理性質是不是在一定的時間段內保持穩定）。