???有夢幻材料之稱的金屬玻璃

??? 金屬玻璃又被稱為非晶質合金或液態金屬，是各國近年來積極研究開發的新型材料之一。一聽到液態金屬，腦中不免一閃而過電影《終結者2》里那位機器人T1000的身影，似乎是非常高科技的產品。其實在2006年，加州理工學院的研究團隊所創立的科技公司Liquidmetal Technology就已研發出特殊材料Liquidmetal，取名“液態金屬”目的是為了讓金屬玻璃有個更響亮的名字，以提高商品的話題性，事實上，液態金屬在常溫下是固體的，看起來就像普通金屬，只是色澤略有不同。那么它究竟有何特別之處呢？

??? 上海艾荔艾金屬材料有限公司總裁林正則解釋，一般來說，金屬在固體狀態下原子排列十分規則，但如在液態熔融金屬的狀態下，急速冷卻（冷卻速度為 106 K/S）后所得到的非晶質合金，結構與玻璃相似，為原子排列不規則的固體物質。這就是金屬玻璃。由于與一般金屬的結構不同，因此在力學、電學、磁學等方面，都有獨特的優良性質，能廣泛應用于各種領域的產品，例如：高爾夫球頭、光學連接器、手術醫療器材等。但是由于非晶質合金品管困難，只要產品里有殘留結晶，就容易導致金屬玻璃脆化而受力碎裂，因此目前仍較適宜制造小型零件、器械或是鍍膜。

??? 金屬玻璃看似具備各種優點且用途廣泛，連新一代iPhone 6某些零部件也采用液態金屬，難道金屬玻璃取代其他金屬的時機已經到來？林正則經理表示，金屬玻璃雖然用于制造iPhone的一些零部件，但目前應用最廣的還是變壓器的磁芯，其特性可使變壓器的重量和損耗能量減少1/3，但金屬玻璃的缺點是成本過高，且原料金屬較為稀有，因此全面使用金屬玻璃制造手機機殼，暫時仍是個難以實現的夢想。

????鎂基金屬玻璃問世 開啟材料科學新進程

??? 金屬玻璃由于金屬成分不同，有鋯基（Zr-based）、鈀基（Pd-based）、鎂基（Mg-based）等非晶質合金，但前兩種元素由于較為稀有，雖然具備強度高及高彈性能的優點，但價格十分昂貴，不利大規模應用于電子產品及設備之零部件。

??? 上海艾荔艾金屬材料有限公司開展的非晶質及納米結構金屬合金項目，試研發出一種鎂基金屬玻璃復合材料，具有質輕、彈性應變佳、高屈服強度、塑性應變高及壓縮強度大等特點，其強度雖然不及鋯基金屬玻璃，但與一般鎂基合金材料相較，強度為3-4倍，最重要的是它的價格較為低廉，使得實際應用性大為提升。

??? 這種高韌性的鎂基金屬玻璃復合材料，適合應用于現階段電子產品及微機電系統等設備零部件，例如：高強度精密齒輪、小型精密模具、精密彈簧片、制震機件等，由于現在電子產品有日趨數字化與輕薄短小化的趨勢，質輕與高強度等特性是制造零部件必須具備的機械特性。但是鎂基金屬玻璃有一項致命的缺點，就是在室溫的環境下存在此領域所不欲見的脆性，就像玻璃一樣，遇到外來的壓縮應力時，極為容易斷裂成碎片，因此鎂基玻璃金屬的物性改善是一項極待突破的研究課題，這也正是艾荔艾的研發目的。

??? 面對這項難題，艾荔艾的解決方式是應用復合材料的破壞機制原理，在鎂基金屬玻璃基質里填充一種多孔性延性金屬粒子，這種粒子的硬度比鎂基金屬玻璃軟，借由這種粒子所提供的多重界面，可以阻斷剪切效應，促使鎂基金屬玻璃復合材料同時具有彈性應變高且塑性應變佳等優點，可以作為結構材料使用。這項發明已通過壓縮應力測試，并于2013年成功申請專利，目前正與國內廠商洽談合作事宜，預計未來可被塑造為高性能、高附加價值及多樣化的新材質，被視為國內金屬產業的重大突破，前景看好。

??? 金屬玻璃為生醫產業再添生力軍

??? 除用于工業用途外，艾荔艾還將金屬玻璃應用于醫療器械上，擴大了金屬玻璃的應用層面，相關研究極具學術及實用價值。

??? 國內醫院進行外科手術需鉆孔時，由于骨頭的多孔性使其外硬內軟，因此鉆入時角度容易歪斜，力道不易拿捏，一般的醫用不銹鋼鉆頭由于彈性較差，因此往往易導致鉆頭斷裂，增加手術的困難度，甚而引發醫療糾紛，如果能夠使用高強度且高彈性的材料制作鉆頭，則可大大地減少此類情形的發生。

??? 艾荔艾研發部試制了一種高韌性高強度的醫用鉆頭，其鉆頭前端使用非晶質合金棒的部分為螺旋形狀，材質有鋯基、鈦基非晶質合金，具有不易斷裂、高韌性、高耐蝕性、耐磨損及抗菌之優秀性質，有利于骨科及牙科治療時手術之進行。

??? 林正則總裁表示，由于目前非晶質材料應用于臨床醫學研究之文獻尚屬少見，且鋯基、鈦基等非晶質合金因為具有優良的機械性質，因此其應用于醫療器械、生醫駐植物、醫用材料等各方面的運用潛力后勢看漲，目前跟一些大型醫院合作，進行實驗，并先期授權給一家生醫材料公司進行評估，希望能將此研發成果投入實際量產。

??? 用金屬玻璃打造生醫新利器

??? 金屬玻璃除了適合制造小型器械及設備零組件，也可應用于醫療器械開發，制作手術刀及鍍膜手術刀，一方面因其擁有熱穩定性好，高抗拉強度、高彈性能等非常好的機械性能；另一方面，金屬玻璃鍍膜可以提升醫用器械的耐蝕性及抗菌性。除此之外，還有一個最重要的因素是，金屬玻璃合金鍍膜可以提升切割器具的鋒利度。

????為改善切割刀具的鋒利度，艾荔艾選用鋯基或鋯銅基金屬玻璃，以塊狀與薄膜型式制作金屬玻璃手術刀金屬玻璃鍍膜手術刀，利用刀鋒銳利指數（Blade Sharpness Index, BSI）作為銳利度差異之評估標準，比較市面商用手術刀、塊材與鍍膜手術刀之銳利度。實驗證實，不論是金屬玻璃或是金屬玻璃鍍膜的手術刀，都可較市面現行手術刀提升約30%的銳利度，尤其是鋯銅基鍍膜在銳利度方面表現最為優異，提升比率為31%。另外，鍍層的厚薄也會影響鍍膜與刀具的切削耐久度，鍍層越厚結合度越好，使用壽命越長，但是相對地會越鈍，經實驗證明，塊狀或金屬玻璃鍍膜手術刀均比商用手術刀具有更優異的刀鋒耐久度，能夠幫助病患術后有更平整的傷口與更迅速的復原速度。

??? 為何金屬玻璃鍍膜可以增加刀具的鋒利度與使用壽命呢？林正則總裁解釋，秘密就在于金屬玻璃是非晶質材料，不會像普通金屬一樣產生結晶，所以鋒利度較佳。最好的證據就是如果將一般手術刀在顯微鏡下放大500倍，原本看似平滑的刀緣就會因結晶而看起來不平整；但金屬玻璃或是金屬玻璃鍍膜的刀具即使放大1萬倍，刀緣還是非常平滑，這就是其擁有高鋒利度的秘訣。除此之外，由于金屬玻璃鍍膜手術刀表面十分平滑，使其具有疏水性（水分子傾向于聚在一起形成小水珠），讓細菌較不易沾黏，再上鍍膜里加上了銅或銀的成分，因此產生了抑菌效果。

??? 為了提升商業價值，切割器具必須更易于生產制造，除了具備好的銳利度外，亦同時具有低生產材料成本、使用壽命長等優點，應用范圍亦十分廣泛，可用于民生或軍用刀具，例如：烹調用刀具、軍用刀具、美術用刀具、工業用刀具、木工鋸子及金屬切割鋸子等使用，發揮優秀的切割效率，成本低廉卻有高附加價值，有極高的發展潛力。

??? 生醫植入器材研發再升級

????近年來，由于鈦合金具有高生物相容性、高安全性及穩定性，因此在生醫植入物方面獲得顯著發展，尤其是骨折案例中固定手術部位所需的骨釘及金屬縫線；但這些材料在人體中有耐久性與耐腐蝕性的問題，而且傳統的人工骨骼最大的缺點是，楊氏系數太高，剛性太大，容易導致應力遮蔽（stress-shielding）效應，簡而言之，因為鈦合金硬度雖高但缺乏彈性，所以植入人體后由于受力程度的差異，容易使得原本的骨頭萎縮。

??? 為改善這類情況，艾荔艾研發部以不含有害元素的鈦基金屬玻璃制造生醫植入物。金屬玻璃相較于傳統合金，一方面具有較低的楊氏系數、高彈性變形回復能力、高硬度等性質；另一方面鈦基金屬玻璃有著低密度、出色的生物相容性及抗腐蝕力，所以在生醫材料的運用上很有優勢。為了盡量符合骨骼多孔性的特性，因此將金屬玻璃設計成多孔性，以降低剛性，由于其強度較傳統人工骨骼高，因此即使為多孔性構造亦不影響結構強度。這項技術目前正在申請專利，通過后如果能夠量產，將大幅提升生醫植入物的安全性及穩定性。

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