玻璃的发现已经有几千年的历史,然而广泛应用却只有数百年时间,加工温度的提高和工艺的优化使这一贵族材料“飞入寻常百姓家”。从酒杯酒瓶、建筑物的窗户到手机屏幕,以及我们做实验用的三口瓶、冷凝管,都是由玻璃制成。我们已经无法想象,没有玻(shǒu)璃(jī)要如何生活和工作。
虽然玻璃已成为随处可见、不可或缺的材料,然而,我们对玻璃的感情却始终又爱又恨。一摔就碎的玻璃手机屏幕,会让我们不得不花费几百大洋去更换;更严重的,川航3U8633航班紧急备降事件中破碎的风挡玻璃,差点断送全机人员的生命。玻璃刚性且易碎的缺点,总让我们感到些许遗憾。那么,有没有更加结实可靠的玻璃呢?
图片来源:电影《中国机长》
提高玻璃制品的强度和韧性一直是工程师们面临的长期挑战,研究者们将目光投向了高解离能的氧化铝材料,向SiO2中添加稀土氧化物和氧化铝可以制备氧化物玻璃,使其具有高弹性模量和高硬度。还有研究者直接制备了Al2O3-Ta2O5玻璃,折射率高达1.94,杨氏模量和维氏硬度分别为158.3 GPa和9.1 GPa,也可与氧化物玻璃相媲美。
氧化铝-稀土氧化物玻璃。图片来源:Nature [1]
透明的Al2O3-Ta2O5玻璃。图片来源:Sci. Rep.[2]
非晶态氧化铝的塑性应变及如何提高玻璃抗破坏能力。图片来源:Science [3]
Erkka J. Frankberg博士。图片来源:Tampere University[4]
吹玻璃的人。图片来源于网络
测量非晶态Al2O3粘性行为的实验和模拟程序。图片来源:Science
非晶态Al2O3在室温下的应变响应。图片来源:Science
非晶态Al2O3在室温下随时间变化的流动行为。图片来源:Science
非晶态Al2O3塑性应变机制。图片来源:Science
脉冲激光沉积法。图片来源:Tampere University[4]
应力下的非晶态Al2O3薄膜。图片来源:Tampere University[4]
原文(扫描或长按二维码,识别后直达原文页面,或点此查看原文https://science.sciencemag.org/content/366/6467/864):
Highly ductile amorphous oxide at room temperature and high strain rate
Science, 2019, 366, 864-869, DOI: 10.1126/science.aav1254
参考文献:
1. Rosenflanz A., Frey M., Endres B., et al. Bulk glasses and ultrahard nanoceramics based on alumina and rare-earth oxides. Nature,2004, 430, 761-764. DOI: 10.1038/nature02729
https://www.nature.com/articles/nature02729
2.Rosales-Sosa G. A., Masuno A., Higo Y., et al. High Elastic Moduli of a 54Al2O3-46Ta2O5 Glass Fabricated via Containerless Processing. Sci. Rep., 2015, 5, 15233. DOI: 10.1038/srep15233
https://www.nature.com/articles/srep15233
3. Wondraczek L., Overcoming glass brittleness. Science, 2019, 366, 804-805. DOI: 10.1126/science.aaz2127
https://science.sciencemag.org/content/366/6467/804
4. Ductile glass bends instead of breaking
https://www.tuni.fi/en/news/ductile-glass-bends-instead-breaking
来源:X-MOL