金属世界中的大力士
“千钧一发”是说将“千钧”的重量系于一条头发丝上，随时有断发的危险，古之人用此来形容情况十分危急；然而千年之后的今天，“千钧一发”不再是梦，这“千钧”的重量会很安全的吊在这根“头发丝”上。不过此“发”非比发也，这里的“发”指得是一种新型的高科技金属材料——晶须。晶须一般只有几到几十微米粗细，几厘米长短，即可以在大自然中天然生成，也可以由人工合成。它具有的强度之高，已经接近于晶体的理论强度。
由于晶须的小，一般它不能被独立使用，而是被编制成线材或与其它聚合物合成纤维来增强符合材料。金属世界中也有这种“伟丈夫”，吊起千钧重量对于它来说，简直不费吹灰之力。于制造桥梁、船舶、飞机、汽车等的金属材料，都要求有较高的强度，即在一定的截面积上能够承受较大的负荷，或者说承受规定的负荷时构件的截面积可以较小，从而使结构轻巧，达到节省材料、提高功效和经济效益的目的。金属须晶是最好的选择。
根据材料显示，工业纯铁的抗拉强度为180兆帕。含碳量为0．45％的碳钢，其抗拉强度为600兆帕，经处理后抗拉强度可达850兆帕。如果添加镍、钼、钴等合金元素，高强度钢的抗拉强度可以增加到900～1400兆帕。超高强度钢的抗拉强度为1200～2800兆帕。
在提高金属材料强度的试验过程中，科学家们偶然间发现了一种胡须状的铁晶须，它的抗拉强度达到了13400兆帕，是工业纯铁的70多倍，是超高强度钢的4～10倍。假如这种铁晶须可以编织成半径为1毫米的线材的话，它可以安全地吊起一辆4吨重的载重汽车。这种铁晶须真可谓金属世界中的“大力士”。
据说早在200年前，人们在炼铜和炼银的废渣中发现过一种胡须状的金属晶须。1945年在贝尔电话研究所工作的专家们也发现了类似的金属须晶。相传在20世纪40年代，美国的电话系统经常出现故障，贝尔电话研究所的专家查明是蓄电池极板表面上长出了一些针状晶体，使电话线路短路。对这些针状晶体进行深入研究表明，它们和极板是同一种金属，但强度大，弹性好。用显微镜观察其形状，犹如猫的胡须，故命名为晶须。现代X射线衍射技术显示，晶须内部的原子排列的方向和部位完全相同，可以说这是一种没有任何缺陷的理想晶体。而在一般金属中，总是存在这样或那样的缺陷。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。
由于晶须中的原子排列极为规则，没有任何缺陷存在，所以目前仅能制成截面直径为数微米大小的晶须，不足头发粗细的1/10。
晶须可以通过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。
上世纪二十年代，金属学家弗兰克根据金属的塑性变形原理，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金属晶须的强度。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，使人们无法相信他计算的正确性，而且招来了许多非议和攻击。在弗兰克经受了数十年的冤屈之后，二十世纪四五十年代，人们发现了晶须又研制成功了电子显微镜，拍摄到第一张显示晶体缺陷的电子显微照片，弗兰克才得以平反，他理论的正确才被公认，他的计算值与实测值之间的差别才得到了合理的解释。
科学家们之所以如此高度重视晶须，是因为它具有一般金属无可比拟的高强度。让我们一起来探索一下晶须高强度的奥秘吧。
我们通过元素周期律可以知道，金属原子的最外层电子数很少，一般只有1～3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，极易脱离原子核的束缚，组成“电子云”为所有原子所共有。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，因而强度不高。
现在人们可以利用已制造出一些极细的金属晶须，编织成较大的线材，或作为增强材料与其他材料组合成复合材料，这些新材料已开始在生产中应用。然而要是晶须在生产中获得大规模的广泛的应用还要有一条很长很长的路要我们去探索。
目前科学工作者们正在探索较大规模制造晶须方法，优化晶须制造的工艺过程，生产更粗更强的晶须，扩大晶须的应用范围，深入开展晶须的基础理论研究……这些都是摆在人们面前的新课题。
纤细的金属晶须的出现给予我们一个重要的启示，同时也给我们带来了信心和希望；肯定了大幅度提高金属强度的可能性，金属材料的强度潜力远远没有充分发挥。让我们畅想一下没有缺陷的理想晶体在未来世界中得到广泛应用时，我们的世界将会是什么样子呢？墙壁只有书本厚的摩天大楼，可以折叠随身携带的汽车，体型轻巧的机器人……
五彩缤纷的不锈钢
人们常习惯于将钢铁称之为“黑色金属”。其实钢铁本身不是黑色的，而是亮白色的，当然不包括灰口铸铁。那么，为什么把钢铁称为“黑色金属”呢？原因在于铁在空气中极易生锈，在潮湿的环境下与空气中的氧气结合为棕褐色的三氧化二铁和黑色的四氧化三铁，表面呈现黑色，给人一种黑糊糊的感觉，因而得名。别小看这层铁锈，据统计每年生产钢铁的三分之一将要被它腐蚀掉。为了对抗生修，科学工作者们想尽千方万法，终于制造出了不怕酸、碱腐蚀，永远亮晶晶的不锈钢。然而，随着科技的发展和物质生活的提高，生活用品、建筑装潢用品都要求“多样化、高级化、个性化”，色彩鲜艳，具有艺术魅力。各国科学家在不懈的努力，紧锣密鼓的研制彩色不锈钢。目前已初具成效。
你可千万别以为彩色不锈钢，就是在不锈钢表面涂上一层五彩缤纷的油漆，假如这样做不但会失去不锈钢固有的金属光泽，而且油漆不耐磨，天长日久还会一块块剥落下来。
先让我们来看一下薄膜干涉吧：一束光照射到薄膜上，一部分光线射入薄膜，另一部分光线被薄膜反射回来，再从下表面反射回来，共同形成干涉光。如果干涉光中两列光波正好是波峰与波峰或波谷与波谷相遇，光波的振动会得到加强；相反，如果波峰与波谷相遇，光波的振动便会减弱。白光产生上述干涉现象后，究竟何种颜色的光波被加强，这主要取决于薄膜的厚度。因为白光中每种色光的波长不同，白光通过某一厚度的薄膜反射，使某一波长的色光振动加强，就出现了这种颜色的光；白光通过另一厚度的薄膜反射，另一波长的色光振动得到加强，就呈现出另一种色光。水面上油膜一般是厚薄不匀的，于是我们就看到了油膜反射出来的“七色彩虹”。科学家们根据上述光的干涉原理，设法在不锈钢表面形成一层无色透明的致密薄膜，研制成功了彩色不锈钢，所用的方法为酸性液氧化着色法。这种酸性液氧化着色法主要包括着色处理和硬膜处理两个步骤。对着色的不锈钢的合金含量也有一定的要求：含铬量应大于13％，含铁量应大于50％。为了获得理想的着色效果，不锈钢表面应光洁，无油垢，一般要预先进行抛光加工。
将不锈钢浸渍在热铬硫酸溶液中，不锈钢表面就会生成一层薄薄的无色透明氧化膜，其厚度只有头发丝直径几百分之一。随着浸渍时间的延长，氧化膜厚度增加，不锈钢表面就呈现出了不同的颜色。例如，氧化膜厚度从0．2微米增加到0．4微米时，将产生以下的色序：蓝色→金色→红色→绿色。按照所要求的表面色彩，可通过试验来确定浸渍时间，不必具体测定氧化膜的厚度。
刚刚经过着色的不锈钢应立刻用清水清洗，除去不锈钢表皮上的着色液。但是只经着色处理的氧化膜比较柔软，存在微小的孔隙，不够致密，所以必须接着进行下一步的硬膜处理。
硬膜处理主要是为了提高氧化膜的耐磨性、耐蚀性和耐热性。在含磷酸和三氧化铬的水溶液中，将已经着色处理过的不锈钢作为阴极，铅板作为阳极，通以一定的电流，经过10分钟左右，就可以在阴极上生成三氧化二铬、氢氧化铬等稳定化合物，它们填塞了氧化膜中的微小孔隙。应该指出的是，经硬膜处理后，不锈钢的颜色有所变化，故在着色处理时必须预先考虑到这一情况，才能获得理想的效果。经硬膜处理后的不锈钢，要立即清洗和干燥，以免影响彩色不锈钢的色调和光泽。
这种酸性液氧化着色法是1927年由英国国际镍公司首先提出并获得专利的，其工业产品于1972年投放市场。近年来，美国、日本、印度等国家积极研制和推广彩色不锈钢，使其从实用化走向商业化，市场前景一片看好。在我国台湾的台北市，耸立着金碧辉煌、气派豪华的亚洲信托大楼，其外壁和窗框都是采用金色不锈钢制成的。在美国华盛顿的国立宇航博物馆，矗立着一座30米高的金属结构塔，它也是采用彩色不锈钢建造的。更值得一提的是，美国得克萨斯州休斯敦市的一幢用彩色不锈钢装潢的21层大楼，由于阳光照射角度不同，从旭日东升到日落黄昏，大楼的色调显示出红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七种颜色的连续变化，交相辉映，十分壮观，深受人们的喜爱。
彩色不锈钢可以在保持固有金属光泽的前提下，显得色调艳丽、柔和高雅，使人感到美的享受，而且这种颜色经长时间紫外线照射也不会褪去。除此之外，它还具有以下几方面优点：
1、彩色不锈钢的耐蚀性比未经着色的原材料强。它对光照、气候变化和时间效应不敏感，长期暴露在恶劣环境中，色膜也不会破裂。
2、彩色不锈钢还具有良好的耐热性。在高温下，它仍然可以保持原有的色调和光泽。
3、彩色不锈钢还经受了不同的磨损试验，证明它确实具有较好的耐磨性。
4、彩色不锈钢的着色氧化膜致密度高，吸附力强。在采用适当的表面保护措施的情况下，可对彩色不锈钢进行冲压、弯曲、拉伸、冷作、轧制等变形加工，制成螺钉、螺母、铆钉等彩色不锈钢机械紧固件。
5、彩色不锈钢不仅可用于高层建筑、桥梁结构、室内外装潢、商品广告、橱窗陈列、体育用品、工艺美术品，还可以制成机械零部件，适合于机器造型设计和包装，小轿车、摩托车、自行车、照相机、钟表和各种家用电器都可以用彩色不锈钢来装饰。
彩色不锈钢对阳光具有高度的吸收性，它能吸收可见太阳光光谱中90％的入射光线，使光能高效率地转换成热能，因而又是一种优秀的太阳能吸收材料，可用于制造太阳能吸收装置，为缓解世界能源问题也有不可磨灭的作用。
金属玻璃
相信大家都不会对“玻璃”这种东西陌生吧，我们的房屋门窗、办公用品、日常生活用具等都离不开玻璃。然而，最近人们又开发出了一种新型的“玻璃”，说是玻璃，实则金属，故称其为“金属玻璃”。
在通常的情况下，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。而当液态金属急速冷却时，金属内部原子来不及排列而处于无序的紊乱状态，成为非晶态金属，具有和玻璃相同的结构和特征，金属玻璃也因此得名。这是美国科学家皮·杜威等于1960年首先发现的。
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采用“液体急冷法”。这是一种将金属液体以1×105℃/秒～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，即将液体金属从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。
近年来，在研制块状金属玻璃材料方面也获得了可喜的进展。人们用爆炸烧结法、超声波及激光焊接技术制备大块金属玻璃，也用高能电子束和激光束照射大块金属晶体，以获得表层为金属玻璃的复合材料。1988年，我国研究成功自动卷取金属玻璃带的技术及其装备，并建成年产100吨金属玻璃带的生产线，可喷制宽度为100毫米的金属玻璃薄带，自动卷取单卷91千克的带材。
制备金属玻璃必须重视材料成分的选择。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。