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尋找可以變形的玻璃科學(xué)家有了新發(fā)現(xiàn)

2020-01-08 10:46:32來(lái)源：儀器網(wǎng)關(guān)鍵詞：玻璃閱讀量：6557

　　【儀器網(wǎng) 材料化工】無(wú)論是生活還是科研，玻璃作為常見(jiàn)的材料已經(jīng)與人類(lèi)社會(huì)密不可分，玻璃門(mén)窗、玻璃容器、玻璃鏡……我們?cè)谙硎苤Ａ?lái)的便利的同時(shí)也承擔(dān)著玻璃一不小心就會(huì)碎裂的風(fēng)險(xiǎn)。為了使玻璃變得不那么脆，人類(lèi)做出了許多嘗試，鋼化玻璃、夾紗玻璃等都是為這一目的研發(fā)的工藝。

　　即使玻璃在強(qiáng)度、抗拉度以及抗沖擊性等方面都得到很大的改進(jìn)，卻始終無(wú)法避免較大剛度帶來(lái)的材料容易被破壞的特點(diǎn)。在日常生活中已經(jīng)有一部分玻璃被其它材料取代，例如眼鏡的鏡片一般采用樹(shù)脂材料，商場(chǎng)展示架通常會(huì)選擇亞克力材料等。然而玻璃依然具有光學(xué)性質(zhì)、耐熱性等方面的優(yōu)勢(shì)。

　　如何在提高玻璃強(qiáng)度的同時(shí)讓玻璃具有良好的韌性成為工程師們研究的重要方向，氧化鋁就在此時(shí)進(jìn)入研究者的視野。通過(guò)在氧化硅中添加稀土氧化物和氧化鋁，研究者已經(jīng)研發(fā)出具有高彈性模量和高硬度的氧化物玻璃。但是新的研究卻打破了“氧化鋁可以讓玻璃更難發(fā)生形變”的傳統(tǒng)認(rèn)知。

　　近日，芬蘭及法國(guó)的研究團(tuán)隊(duì)合作發(fā)表了一項(xiàng)研究成果，指出致密且無(wú)瑕疵的非晶態(tài)氧化鋁玻璃在受到?jīng)_擊時(shí)可以像金屬一樣發(fā)生快速形變并且不會(huì)破碎。研究者在計(jì)算無(wú)瑕疵非晶態(tài)氧化鋁的粘度時(shí)偶然發(fā)現(xiàn)，氧化鋁在常溫下就可以發(fā)生玻璃在高溫條件下才能發(fā)生的粘滯性蠕變，即軟化并具有流動(dòng)性。這意味氧化鋁玻璃可以在受到?jīng)_擊時(shí)發(fā)生塑性形變以降低沖擊產(chǎn)生的破壞。

　　研究者從這種現(xiàn)象中發(fā)現(xiàn)了“變形玻璃”的可能性，于是利用透射電鏡在拉伸和壓縮條件下對(duì)非晶態(tài)氧化鋁進(jìn)行原位觀察。從微觀角度觀察材料的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)已經(jīng)成為如今材料學(xué)研究的必要條件。得益于原位透射電子顯微技術(shù)的發(fā)展，研究者可以在原子層次實(shí)時(shí)觀察樣品在微型拉伸擠壓試驗(yàn)裝置作用下微結(jié)構(gòu)的變化，并借此深入研究材料的原子結(jié)構(gòu)與物理化學(xué)性質(zhì)的相關(guān)性。

　　通過(guò)觀察，研究者發(fā)現(xiàn)在塑性應(yīng)變期間樣品一直保持非晶態(tài)，并且其粘度隨著應(yīng)變速率的增加還在顯著降低。雖然在拉伸實(shí)驗(yàn)中，非晶態(tài)氧化鋁的斷裂現(xiàn)象與研究者原來(lái)的預(yù)期不符，但研究發(fā)現(xiàn)斷裂的原因只是樣品制備產(chǎn)生的難以避免的離子損傷。這說(shuō)明初的計(jì)算結(jié)果沒(méi)有出錯(cuò)，無(wú)瑕疵的非晶態(tài)氧化鋁確實(shí)可以發(fā)生塑性形變。

　　在柔性材料成為材料學(xué)研究熱點(diǎn)的時(shí)候，可以變形的玻璃也許可以讓玻璃材料在未來(lái)的可折疊電子產(chǎn)品擁有和目前相同的不可替代的地位。然而現(xiàn)在說(shuō)這些還為時(shí)尚早，氧化鋁玻璃的開(kāi)發(fā)還面臨著不小的難題。首先是氧化鋁玻璃的制造工藝不同于傳統(tǒng)氧化硅玻璃。液態(tài)氧化鋁轉(zhuǎn)變成非晶態(tài)的玻璃狀固體比氧化硅要困難得多，目前研究者利用脈沖激光沉積法制造氧化鋁玻璃，但這種技術(shù)并不適合大規(guī)模生產(chǎn)。其次，氧化鋁玻璃的塑性應(yīng)變需要玻璃具有足夠高的純度且結(jié)構(gòu)上沒(méi)有瑕疵，這也是目前的技術(shù)很難實(shí)現(xiàn)的一點(diǎn)。

　　新材料的開(kāi)發(fā)從來(lái)都不是一件簡(jiǎn)單的事，但現(xiàn)在有了研究方向就相當(dāng)于已經(jīng)邁出了一步。也許不久之后我們就可以看到新型的變形玻璃，而在那之前我們還需要繼續(xù)不斷嘗試的過(guò)程。

　　資料來(lái)源：X-MOL

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