早在幾年前市場上就開始傳聞新一代的機(jī)殼要使用金屬玻璃或液態(tài)金屬，主要是蘋果公司擁有的機(jī)殼專利中都有金屬玻璃的相關(guān)內(nèi)容，到底什么是金屬玻璃？又為什么說“金屬玻璃不是玻璃”、“液態(tài)金屬”也不是液態(tài)呢？

    固體原子排列方式?jīng)Q定屬性

    在介紹金屬玻璃（Metallic Glass）之前，必須先了解固體原子的排列方式，我們將固體材料的原子想像成一顆顆的彈珠，再將立體的原子（彈珠）排列簡化成平面的圓形來表示，則固體材料的原子排列可以分為單晶（Single crystal）、多晶（Poly crystal）、非晶（Amorphous）3 種。

 圖一：單晶與矽晶圓。

    整塊固體材料的原子都排列得很整齊稱為單晶，如圖一所示，就好像操場上的學(xué)生們依排頭為準(zhǔn)排列得很整齊。在科技產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用上，人工成長的矽晶圓、砷化鎵晶圓、藍(lán)寶石晶圓、鉆石等都屬于單晶。

    使用單晶來制作產(chǎn)品，主要是因?yàn)閱尉Ч腆w原子排列得很整齊，因此電子流過單晶固體比較容易，亦即導(dǎo)電性較好，使得元件的運(yùn)算速度較快，就好像操場上的學(xué)生們（原子）排列得很整齊，老師（電子）要由操場前面走到后面比較容易一樣。

    此外，單晶固體的硬度高、品質(zhì)好，具有所有固體材料的優(yōu)點(diǎn)，唯一的缺點(diǎn)就是制作不易，價(jià)格極高。要特別注意，大自然的東西天生就是“有點(diǎn)亂又不會(huì)太亂（亂中有序）”，因此大自然所有的固體都是以多晶的形式存在，例如：礦場里開采出來的礦砂、汽車的鋼板、手機(jī)的機(jī)殼等，只要沒有經(jīng)過特別的加工程序，大部分金屬都是以多晶的形式存在。

圖二：多晶與矽薄片。

    整塊固體材料的原子只有局部區(qū)域（大約數(shù)百納米）排列得很整齊稱為多晶，但是整塊固體材料的原子排列看起來其實(shí)是有點(diǎn)混亂的，如圖二所示。由圖中可以看出整塊固體中只有局部區(qū)域的原子排列得很整齊，這些“局部區(qū)域”的大小約在數(shù)百納米（nm）左右，大約和病毒尺寸差不多，而且不同的區(qū)域之間原子排列的方向不同，會(huì)形成“晶界（Grain boundary）”。

    在科技產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用上，多晶的半導(dǎo)體材料由于導(dǎo)電性較差，因此較少使用，除非是萬不得已，實(shí)在是做不出單晶或是使用單晶制作太昂貴時(shí)才會(huì)使用。例如在液晶顯示器上使用的“低溫多晶硅（Low Temperature Poly Silicon，LTPS）”，就是因?yàn)樵诓Ａ姘迳祥L不出單晶矽所以不得已才使用多晶硅；太陽能電池的矽原子由于需要大面積來吸收太陽光，使用單晶矽（矽晶圓）價(jià)格太高，所以可以使用多晶硅。

        
    而且由圖二可以看出，多晶固體是局部區(qū)域形成結(jié)晶，而結(jié)晶與結(jié)晶之間會(huì)產(chǎn)生許多的“晶界（Grain boundary）”，金屬材料的晶界部分最脆弱，古代由于鑄劍技術(shù)不成熟，因此鑄造出來的寶劍仍然有多晶存在，互相砍殺的時(shí)候容易由晶界開始斷裂。

 圖三：非晶與玻璃、塑膠。

    整塊固體材料的原子都排列得很混亂稱為非晶，如圖三所示，由于整塊固體中的原子都排列得很混亂，沒有任何規(guī)則，因此也沒有晶界存在。在科技產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用上，非晶材料由于導(dǎo)電性較差，因此較少使用，但是固體材料有許多是以非晶的形式存在，例如玻璃、塑膠。玻璃是氧化矽、氧化鈉、氧化鉀的混合物，由于原子排列很混亂，因此屬于非晶材料。

    材料的焠火（Quench）決定了排列方式

    先使固體材料的溫度升高，再進(jìn)行“快速冷卻”就可以形成“非晶（Amorphous）”，這種技術(shù)稱為“焠火（Quench）”。當(dāng)我們將固體材料的溫度升高，則原子與原子之間的距離增加，原子振動(dòng)變大開始左右微小地移動(dòng)，原子的排列會(huì)變得混亂，如果此時(shí)我們進(jìn)行“快速冷卻”，則原子瞬間因?yàn)榻禍囟粌鲎。Ａ粼诨靵y的狀態(tài)，因此可以得到非晶材料。

    古代鑄劍的方法是先將金屬劍身放入“鼓風(fēng)爐”中加熱到火紅，取出后再以鐵錘用力敲打成所需要的形狀，同時(shí)把原子盡量打得愈亂愈好，最后立刻放入冷水中進(jìn)行焠火（Quench），此時(shí)金屬劍身會(huì)變成非晶（沒有晶界）才不容易斷裂，就能成為絕世好劍，傳說中的干將、莫邪就是這樣做出來的。

    金屬玻璃的制作與應(yīng)用

    目前所有的金屬材料都是將多種金屬原子混合在一起形成“合金（Alloy）”，才能增加材料強(qiáng)度，因此只要把合金加熱到融熔狀態(tài)（液態(tài)）之后再快速冷卻（例如每秒降溫 100°C 以上）就可以形成非晶合金，由于原子排列和玻璃一樣都很混亂，所以稱為“金屬玻璃（Glassy metal）”，也有人稱為“液態(tài)金屬（Liquid metal）”或“塊狀金屬玻璃（Bulk Metallic Glass，BMG）”，其實(shí)就是指“非晶的金屬材料”而已，和玻璃一點(diǎn)關(guān)系都沒有，而由于液態(tài)的原子就是排列很混亂的，因此又有人把它稱為“液態(tài)金屬”，其實(shí)它在常溫下根本就是固體而不是液體。

    會(huì)出現(xiàn)這種似是而非的名詞，多半是市場行銷人員為了推廣產(chǎn)品而創(chuàng)造出來的新名詞，目的是為了讓消費(fèi)者有新鮮感，也可以帶動(dòng)產(chǎn)品的行銷與推廣。

    金屬玻璃（合金）與一般多晶的金屬合金相比，原子種類相似甚至相同，但是因?yàn)樵油耆靵y排列，因此力學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)及化學(xué)性質(zhì)都有不同，特別是由于沒有晶界存在因此強(qiáng)度、韌性、硬度都比多晶的金屬還高，而且耐磨性及耐腐蝕性高，抗劃傷能力強(qiáng)，因此適合用來制作智能手機(jī)的機(jī)殼。

    此外，金屬玻璃的原子完全混亂代表它的表面看起來光滑無瑕，可以讓產(chǎn)品看起來有超出預(yù)期的美感。金屬在制作的過程中會(huì)由液體變成固體，一般多晶的金屬原子排列會(huì)因?yàn)榻禍厥湛s而產(chǎn)生皺褶，但金屬玻璃快速冷卻還來不及產(chǎn)生皺褶就已經(jīng)固化了，因此可以保持液體特有的表面張力形成自然的造型，而且表面具有很好的平滑度，除了應(yīng)用在機(jī)殼，也可以應(yīng)用在其他工業(yè)產(chǎn)品上。