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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來源：儀器網(wǎng)關(guān)鍵詞：玻璃閱讀量：6554

　　【儀器網(wǎng) 材料化工】無論是生活還是科研，玻璃作為常見的材料已經(jīng)與人類社會密不可分，玻璃門窗、玻璃容器、玻璃鏡……我們在享受著玻璃帶來的便利的同時也承擔(dān)著玻璃一不小心就會碎裂的風(fēng)險。為了使玻璃變得不那么脆，人類做出了許多嘗試，鋼化玻璃、夾紗玻璃等都是為這一目的研發(fā)的工藝。

　　即使玻璃在強度、抗拉度以及抗沖擊性等方面都得到很大的改進，卻始終無法避免較大剛度帶來的材料容易被破壞的特點。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脂材料，商場展示架通常會選擇亞克力材料等。然而玻璃依然具有光學(xué)性質(zhì)、耐熱性等方面的優(yōu)勢。

　　如何在提高玻璃強度的同時讓玻璃具有良好的韌性成為工程師們研究的重要方向，氧化鋁就在此時進入研究者的視野。通過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)認知。

　　近日，芬蘭及法國的研究團隊合作發(fā)表了一項研究成果，指出致密且無瑕疵的非晶態(tài)氧化鋁玻璃在受到?jīng)_擊時可以像金屬一樣發(fā)生快速形變并且不會破碎。研究者在計算無瑕疵非晶態(tài)氧化鋁的粘度時偶然發(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，即軟化并具有流動性。這意味氧化鋁玻璃可以在受到?jīng)_擊時發(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非晶態(tài)氧化鋁進行原位觀察。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時觀察樣品在微型拉伸擠壓試驗裝置作用下微結(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。雖然在拉伸實驗中，非晶態(tài)氧化鋁的斷裂現(xiàn)象與研究者原來的預(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。這說明初的計算結(jié)果沒有出錯，無瑕疵的非晶態(tài)氧化鋁確實可以發(fā)生塑性形變。

　　在柔性材料成為材料學(xué)研究熱點的時候，可以變形的玻璃也許可以讓玻璃材料在未來的可折疊電子產(chǎn)品擁有和目前相同的不可替代的地位。然而現(xiàn)在說這些還為時尚早，氧化鋁玻璃的開發(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)上沒有瑕疵，這也是目前的技術(shù)很難實現(xiàn)的一點。

　　新材料的開發(fā)從來都不是一件簡單的事，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)不斷嘗試的過程。

　　資料來源：X-MOL

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