《Nature Materials》：玻璃不再脆？一种玻璃原料的增韧新机制

　　原问题：《Nature Materials》：玻璃不再脆？一种玻璃资料的增韧新机制

　　指日，北京高压科学商讨重心客座老师生红卫商讨团队联合德国拜罗伊特大学唐虎博士（现吉林大学综合相当条款高压科学中央全职老师）和Tomoo Katsura教师、浙江大学肖文戈博士、厦门大学王鸣生教员、南方科技大学韩松柏锻练、南京理工大学陈光教授以及德国同步辐射DESY的Martin Etter博士提出了一种玻璃质料的增韧新机制——次晶化增韧：资历次晶化调控玻璃资料的近中程有序组织，添加玻璃原料的类晶体中程有序机合。利用大腔体压机技巧高温高压退火钙铝石榴石玻璃告捷制备出具有高韧性的次晶态钙铝石榴石玻璃。高韧性次晶态氧化物玻璃的制备有望为脆性的玻璃原料提供一种新的韧化系统，并且为经验玻璃资料原子级组织对其功能的重染具有深远影响。该项做事以“Toughening Oxide Glasses through Paracrystallization”为题宣布在顶尖科学杂志Nature Materials上。

　　差异于晶体资料，由于缺失微观机关可调控的韧化机制（比方裂纹偏转、裂纹桥连等），非晶原料的韧性和延展性时时远低于晶体资料，异常是行使最广大的无机氧化物玻璃。尽管出名的手机屏幕质料——康宁大猩猩玻璃6代，其韧性也仅为0.7 MPa·m1/2。断裂韧性常用于表征资料关于裂纹显现和撒布的阻拦势力。低的断裂韧性乃至质料在远低于理论临界应力作用下流露断裂，氧化物玻璃的实际强度远低于其理论值。所以，汲引非晶质料的韧性很是是氧化物玻璃的韧性看待扩充其本质应用至合紧急。

　　该磋议团在高温高压条款下对钙铝石榴石玻璃进行退火统治，成功制备出具有高韧性的次晶态钙铝石榴石玻璃，并应用X射线衍射、拉曼散射、透射电子显微镜以及进步的分子动力学效仿举行了长远懂得。高辨别透射电子显微图以及理论模仿（图1-2）夸耀高温高压束缚获得的高密度玻璃为次晶态，次晶化导致样品的全部密度的增添，单方闪现的团簇密度逼近晶体的钙铝石榴石。

　　“钙铝石榴石玻璃态和晶体态的近手段机关是差别的”, 唐虎博士评释。“拉曼到底炫耀，随着次晶化的水平增加，玻璃态的近程结构Al-O-Al和Si-O-Si构造渐渐隐藏，向晶体的近程机关发作变化。同时，次晶化添加了Cr掺杂的钙铝石榴石玻璃的荧光性。”

　　图2 理论步武的初始态玻璃（a、b）和次晶态（c、d）钙铝石榴石的高折柳透射电子显微图和密度传播图。

　　次晶化导致钙铝石榴石玻璃的全体力学功效出现彰彰的增添。如图3，当压力增添到15 GPa，和初始玻璃比较，次晶态玻璃的弹性模量增了30%, 其断裂韧性增加了两倍：从初始的0.66 MPa·m1/2增加到了1.99 MPa·m1/2，目下报途的块体氧化物玻璃中的最高断裂韧性。由于断裂韧性的明明增加，次晶态钙铝石榴石的宏观减弱强度增加了~2.4倍，与此同时，其光学透过与初始玻璃比较简直没有衰减。

　　“阅历理解比拟次晶态和初始玻璃的断裂动作（图4），他成立次晶态钙铝石榴石玻璃断裂面表现了鲜明的剪切带款式和裂纹桥连，这意味着在外部应力领导下次晶态氧化物玻璃发现了微观的塑性变形”。生红卫教师说明。“组织懂得造作应力指点的塑性变形大体基础于应力驱动的从高有序度的次晶态到低有序度的初始玻璃态转嫁, 应力下的微区塑性变形可能在裂纹扩充时消磨重静能同时重新分配裂纹尖端应力从而导致韧性增加。”

　　该工作由北京高压科学协商中央、德国拜罗伊特大学、浙江大学、吉林大学、美国乔治梅森大学、宁波大学、厦门大学、南方科技大学、南京理工大学、德国同步辐射DESY连结完工。第一作者为唐虎博士，通讯作者为唐虎博士、肖文戈博士和生红卫教练，配闭者有程勇博士、袁晓红博士、张凯博士、Alexander Kurnosov博士、陈真博士、Henrik S. Jeppesen博士、Martin Etter博士、梁涛博士、曾徵丹接头员、王霏博士、费宏展博士、王林博士、韩松柏教师、王鸣生教练、陈光锻练和Tomoo Katsura教授。该项目得到国家自然科学基金，欧洲ERC和德国洪堡博士后接洽基金等扶助。