金属世界中的大力士
晶须又叫作“须晶”，指的是一种直径为几微米到几十微米、长度可达数厘米的单晶体，可以在自然界生成，也可由人工制成。它强度极高，接近晶体的理论强度。因晶须十分细小，故一般不能独立使用，但可编织成线材或与其他聚合物复合成纤维增强复合材料。
一根头发如何吊起千钧重物呢？原来，它出自成语“千钧一发”。唐朝韩愈《与孟尚书书》说：“其危如一发千钧。”钧是古代重量单位，1钧等于15千克。“千钧一发”比喻把千钧的重量吊在一根头发丝上，你看，情况是多么的危急！然而，在金属世界中，的确有“千钧一发”而又安然无恙的现象。一种胡须那样细的金属晶须，真的能吊起千钧的重量。
在增强金属材料强度的实验过程中，科学家们惊奇地发现，一种胡须状的铁晶须（直径为1．6微米，只有头发丝粗细的1／50～1／40），它的抗拉强度竟能达到13400兆帕，是工业纯铁的70多倍，比超高强度钢高出4～10倍。如果用这样的铁晶须编织成半径为1毫米的线材，能安全地吊起一辆4吨重的载重汽车。这种铁晶须堪称金属世界中的“大力士”。
据说早在200年前，人们在炼铜和炼银的废渣中就发现过一种胡须状的金属晶须。据资料记载，首先发现金属晶须的是1945年在贝尔电话研究所工作的专家们。在20世纪40年代，美国的电话系统经常出现故障，经贝尔电话研究所的专家查明，原来是蓄电池极板表面长出了一些针状晶体，引起了电话线路短路。对这些针状晶体的研究表明，它们和极板属于同样金属，但强度大，弹性好。在显微镜下观察其形状，犹如猫的胡须，故命名为晶须。经现代的X射线衍射技术显示，晶须内部的原子完全按照同样的方向和部位排列。这是一种没有任何缺陷的理想晶体。而在一般金属中，虽说总体上原子是有规则排列的，但局部地方，一些原子的排列并不规则，因而，晶体构造中产生了缺陷。晶体的缺陷有点缺陷、线缺陷和面缺陷三大类。点缺陷是指在晶体空间中，长、宽、高三个方向都存在很小的缺陷，如有的位置上缺少原子（称为空位），另一些位置上有多余原子（称为间隙原子），或有外来原子溶入（称为异类原子）等。线缺陷是指在晶体中某处有一列或几列原子发生了有规律的错排现象（称为位错）。面缺陷主要指在晶粒和晶粒之间的交界面（称为晶界）上，原子呈不规则排列。
由于晶须中的原子有非常规则的排列，不允许有任何缺陷存在，所以目前仅能制成截面直径为数微米大小的晶须（还不到头发粗细的1／10），如果再粗些，就会出现原子的不规则排列，使其强度迅速降低。应该说明的是，金属和非金属单质，以及氧化物、碳化物、氮化物等化合物都能用来制造晶须。目前人们已利用30多种单质材料（如铁、铜、镍等金属和石墨），以及数十种化合物（如碳化硅、氮化硅、三氧化二铝等）制出了晶须。
晶须能够使金属晶体长时间放置而自然得到，也可以通过人工方法制造。常用的制造晶须的方法有两种：一是蒸发—凝固法，它是在真空或惰性气体环境中，使晶须原料升华或蒸发成气体，再使气体在低温下凝固成晶须；二是化学反应法，是将晶须原料与炉内气体起还原反应，从而长出晶须。如铁晶须是在含结晶水的二氯化铁中加入三氧化二铁，再通过氢的还原而制得的。
早在1920年，一位叫弗兰克的金属学家就通过金属的塑性变形（一种不能恢复原状的变形）必须使外力大于晶体原子间的结合力的原理，提出了金属理论强度的概念及其计算公式，事实上他计算的就是晶须的强度。但是弗兰克算出的理论值比一般金属的实际强度高出数千倍，以致有人怀疑他计算的正确性，因而招来了许多非议和攻击。弗兰克就此经受了长达数十年的冤屈。直到20世纪40年代，人们发现了晶须，而到20世纪50年代，又研制成功了电子显微镜，并拍摄到第一张显示晶体缺陷（位错）的电子显微照片，弗兰克的理论才得以正式确认，他的计算值与实测值之间的差别才得到了合理的解释。这说明科学的道路并不总是平坦而又阳光普照的，只有那些不畏险阻、敢于坚持真理的人，才能最终赢得胜利。
晶须得到科学家的高度重视，原因是它具有一般金属无可比拟的高强度。那么，晶须高强度的奥秘又在哪里呢？让我们来到金属的微观世界，考察一下金属晶须高强度的奥秘吧。
金属原子的最外层有很少的电子数，一般只有1～2个，最多不超过4个，而且这些最外层电子和原子核的结合力较弱，很容易脱离原子核的束缚，组成所有原子共有的“电子云”。金属原子因为失去最外层电子而成为正离子。正是依靠正离子和电子云之间的强大吸力，才把金属原子紧密地结合在一起。对金属晶须而言，由于它是一种理想的晶体，全部原子各就各位，阵容排列整齐，组成了一道坚不可摧的防线，故只有当外力增加到使一部分原子相对于另一部分原子作整体移动时，才能产生塑性变形或断裂。而在一般金属中，存在着这样或那样的晶体缺陷，在不大的外力作用下，只要使少数原子发生短距离的移动，就可以像“千里之堤，溃于蚁穴”那样导致塑性变形或断裂，因而表现出较低的强度。
纤细的金属晶须给我们以十分深刻的启示。它的出现犹如远航在茫茫的科学海洋上的人们透过浓雾而看到的一丝曙光。晶须给我们带来了信心和希望，它的存在，显示了大幅度提高金属强度的可能性。目前，金属材料的强度潜力远远没有充分发挥。如果我们能有效地减少金属的晶体缺陷，制造出可供直接应用的理想晶体，那就无异于增加了数十倍、数百倍的金属材料产量，甚至从根本上改变人类的生活环境和条件。到那时，地球上将会出现许多轻巧的薄壳建筑结构，机器不再是那样笨重和庞大，摩托车和轿车可以折叠起来随身携带，航天飞机和宇宙飞船神速地来往于星际之间，人类的活动场所向着无限宽阔的宇宙空间延伸，出现许许多多目前人们意想不到的事情。
金属玻璃
这个题目一定会让你感到奇怪：玻璃和金属是两种截然不同的材料，风马牛不相及，为什么要硬把它们扯在一起呢？但看了下面的介绍，你便会明白。
大家都熟悉玻璃这种材料，在房屋建筑、室内装潢、日常生活等方面人们都要用到玻璃制品。玻璃的主要成分是硅酸钠和硅酸钙，故属于硅酸盐材料。你知道玻璃瓶是怎样制造的吗？工人们首先将玻璃加热，随着温度的升高，玻璃逐渐软化、熔融，成为一种糊状体；他们再将压缩空气经过管道通入糊状体，像吹肥皂泡一样，把小泡泡变成大泡泡；最后依靠模具的帮助获得具有一定形状的玻璃瓶。从上述过程中我们可以看出，玻璃从液态到固态是连续变化的，没有明确的分界线，即没有固定的凝固点（或熔点），这是因为固态玻璃与液态玻璃相似，原子都呈无序的紊乱排列。
一般情况下，液态金属冷却凝固时，原子按一定的规则排列，成为晶体，所以金属凝固又称金属结晶。金属的许多特性都是由其内部的晶体构造决定的。
美国科学家皮·杜威等在1960年首先发现某些液态贵金属合金（如金硅合金）在冷却速度非常快的情况下，当金属内部的原子来不及“理顺”位置，仍处于无序的紊乱状态时，会立即凝固，成为非晶态金属。这些非晶态金属材料具有类似玻璃的某些结构特征，故又称为“金属玻璃”。金属玻璃具有许多独特而宝贵的性能，是一种极有发展前途的新型金属材料，并已在生产中初露锋芒，得到一定的应用。它的出现具有深刻的理论意义，它为金属学增添了新鲜内容，可说引起了金属材料发展史上的一场革命。
目前生产中制备金属玻璃主要运用“液体急冷法”。这是一种将金属液体以1×105～1×106℃／秒的速度快速冷却、凝固，以获得金属玻璃的方法，用它可以生产带状和丝状金属玻璃制品。具体有三种常用的方法。
一是单辊法，即把液体金属用喷嘴中喷射到高速旋转的圆辊面上，因为辊面的温度很低，液体金属一接触到辊面就快速冷凝，在离心力的作用下被抛离辊面，形成厚度为15～40微米，宽度为5～100毫米，尺寸可以调整控制的金属玻璃薄带。
二是双辊法，此法也生产带状制品。与单辊法不同的是，液体状金属喷射到两辊间隙处，进行双面冷却和压延。
三是水中拉丝法。金属玻璃丝有独特的用途，但难以用上述的辊面冷却方法制作，故常用水中拉丝法制作，即把液体金属连续注入冷却水中，直接获得金属玻璃丝。用这些方法制备金属玻璃，与传统的冶金方法比较，省去了浇注、开坯、轧制、拉拔等多道工序，生产过程简化，效率高，耗能少，成本低。
制备金属玻璃十分重视选择材料成分。并不是所有的金属材料都能制备成金属玻璃，如用纯金属就要求冷却速度大于1×1010℃／秒，而且即使制备成金属玻璃，由于非晶态结构不稳定，在室温时又会回复到晶体状态，所以目前在制备金属玻璃的生产中应用较多的材料是以铁、钴、镍为主要元素，加入少量硼、硅、磷、碳等组成的合金。
金属会生一种腐蚀病。钢铁和空气中的氧、水分、二氧化碳等相互作用以后，会变得锈迹斑斑，甚至一块块剥落下来。由于许多酸、碱、盐介质都会严重腐蚀金属，所以据估计，英国每3分钟就要腐蚀掉2吨钢材，英美两国在本世纪70年代共腐蚀掉4000万吨钢材，全世界每年因腐蚀而损失的钢铁，约占全年钢铁产量的1／3。可见，腐蚀对于金属来说是一种多么可怕的“疾病”，它使我们遭受多么巨大的损失！人们设想了许多防止金属腐蚀的方法，其中一个行之有效的措施是在钢中添加铬、镍、硅、铝等元素，改善钢的耐腐蚀性能，做成鼎鼎有名的不锈钢。有过这样的试验，把两块质量都是20克的不锈钢和普通碳素钢，在煮沸的稀硝酸中放置24小时，结果普通碳素钢腐蚀掉6．4克，而不锈钢也腐蚀掉0．2克。可见，天下没有绝对不锈的金属，不锈钢只不过在通常情况下不易生锈罢了。
目前，影响金属玻璃大面积推广应用的因素有以下两个方面，一是缺乏金属玻璃大型块状材料，二是因为金属玻璃的热稳定性差（如铁系金属玻璃的最高使用温度不得超过650℃），所以，金属玻璃作为一种新兴的、未来的材料，还有许多难题需要我们去研究解决，去作出更大的努力。
记忆合金
你一定非常羡慕记性好的同学，因为他能记住大量的外语单词，背诵许多古代诗词，而且从不丢三落四做“马大哈”……的确，记性对我们的学习和生活实在是太重要了。可能有人要问，难道金属也有“记性”？金属也能靠“记性”为人类作贡献？我们知道，吸烟不仅有害健康，而且常因忘了熄灭烟头，酿成火灾。为了防止这种不幸事故的发生，有人用有“记性”的金属制成了烟灰缸。当烟头燃至靠近缸边，使它温度升高时，它就会“记起”自己以前的形状，向内弯折，将烟头滑入缸内。这种有“记性”的金属，就是“形状记忆合金”。下面就给你说说神秘的形状记忆合金。
60年代初，美国海军军械实验室的研究人员领来一批镍钛合金丝，也许是在制造过程中处理不当，合金丝被弄弯了，他们只能一根一根地将合金丝校直。有人顺手把校直的合金丝堆放在炉子的旁边。这时，意外的事情发生了，一些校直的合金丝在炉温的烘烤下，不一会儿都恢复到原来弯曲的形状。前功尽弃，令人懊丧，于是不得不重新校直合金丝。起初，他们没有领悟到其中的原因，还是把校直的合金丝堆放在炉旁，结果合金丝又变弯了，这种现象重复出现了多次：校直，弯曲，再校直，再弯曲……直到人们把校直的合金丝换了一个地方堆放，不再受到炉温的烘烤以后，合金丝才继续保持挺直的形状。
要是你碰到这种意外的事情，会怎么办？也许，开始时会感到奇怪，后来，校直的合金丝不再弯曲了，你便以为问题解决了，也就不再思索了。其实，早在1951年的金镉合金试验和1953年的铟铊合金试验中都出现过类似的现象，却都没有引起人们应有的重视。科学的发现需要我们做有心人，处处留意这些貌似偶然的意外事情，勤于思索，善于思索，透过现象看本质，进行深入细致的研究。
美国海军军械实验室的研究人员正是紧紧地抓住了上述的意外事情，开展反复的试验研究，终于发现了50％镍和50％钛的合金在温度升高到40℃以上时，能“记住”自己原来的形状。科学家把这种现象叫做“形状记忆效应”。1963年，在一次美国海军科学会议上，他们宣布了自己的研究成果，并向会议代表演示了“形状记忆效应”实验。后来，经过许多科学家的辛勤劳动，人们又发现铜锌铝合金、铜镍铝合金、铁铂合金等也具有“形状记忆效应”。科学家把这类合金叫做“形状记忆合金”。
