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【CNMO 新聞】近日，CNMO 從外媒獲悉，有研究人員利用準(zhǔn)晶化技術(shù)開發(fā)出了一種韌性明顯更高的氧化物玻璃，為未來生產(chǎn)更耐用、更耐損壞的玻璃產(chǎn)品（如手機(jī)玻璃）鋪平了道路。不少網(wǎng)友看完后表示很期待，" 手機(jī)再也不怕摔了。"

手機(jī)玻璃

外媒稱，科學(xué)家們生產(chǎn)出了一種具有前所未有的韌性的氧化物玻璃。在高壓和高溫下，他們成功地使鋁硅酸鹽玻璃準(zhǔn)晶化：由此產(chǎn)生的晶體狀結(jié)構(gòu)使玻璃能夠承受非常高的應(yīng)力，并在環(huán)境條件下保持不變。因此，準(zhǔn)晶化被證明是一種很有前景的生產(chǎn)超強(qiáng)抗碎玻璃的工藝。

在許多方面，玻璃對于現(xiàn)代技術(shù)來說都是一種有吸引力的材料。然而，其固有的脆性使其容易出現(xiàn)裂紋和斷裂，限制了其潛在的應(yīng)用。

科學(xué)雜志《自然材料》中提出的新方法從氧化物玻璃開始，氧化物玻璃具有相當(dāng)無序的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，是商業(yè)上使用最廣泛的玻璃材料。以含有硅、鋁、硼和氧的鋁硅酸鹽為例，德國和中國的研究小組現(xiàn)已成功賦予其新的結(jié)構(gòu)。為此，他們在拜羅伊特大學(xué)巴伐利亞實驗地球化學(xué)和地球物理研究所（BGI）采用了高壓和高溫技術(shù)。

玻璃態(tài)（左）和準(zhǔn)晶態(tài)（右）鈣鋁榴石的模擬結(jié)構(gòu)

在 10 至 15 吉帕的壓力和 1000 ℃左右的溫度下，硅、鋁、硼和氧原子聚集在一起形成晶體狀結(jié)構(gòu)。這些結(jié)構(gòu)被稱為 " 準(zhǔn)晶 "，因為它們與完全不規(guī)則的結(jié)構(gòu)不同，但它們并不接近晶體的清晰規(guī)則結(jié)構(gòu)。使用光譜技術(shù)和理論計算的實證分析清楚地表明了晶體結(jié)構(gòu)和非晶不規(guī)則性之間的這種中間狀態(tài)。

即使壓力和溫度降至正常環(huán)境條件后，鋁硅酸鹽玻璃中的副晶結(jié)構(gòu)仍然可以保留。具有這些結(jié)構(gòu)的玻璃的滲透導(dǎo)致玻璃的韌性比準(zhǔn)晶化之前高許多倍——數(shù)值高達(dá) 1.99 ± 0.06 MPa ( m ) 1/2。這是以前從未測量過的氧化物玻璃的韌性。同時，玻璃的透明度并沒有受到副晶結(jié)構(gòu)的嚴(yán)重影響。

研究人員解釋了這種玻璃的非凡強(qiáng)化效果，因為從外部作用在玻璃上的力通常會導(dǎo)致破裂或內(nèi)部裂紋，但現(xiàn)在主要針對的是準(zhǔn)晶結(jié)構(gòu)。它們?nèi)芙膺@些結(jié)構(gòu)的區(qū)域并將它們轉(zhuǎn)回?zé)o定形的隨機(jī)狀態(tài)。這樣，玻璃作為一個整體就獲得了更大的內(nèi)部可塑性，從而在受到這些更強(qiáng)的力時不會破裂或破裂。

BGI 一名教授表示，準(zhǔn)晶化帶來的韌性增強(qiáng)表明，原子水平上的結(jié)構(gòu)變化會對氧化物玻璃的性能產(chǎn)生重大影響。在這個水平上，優(yōu)化玻璃作為一種遠(yuǎn)未耗盡的材料具有巨大的潛力。