科学家破解了更坚固、更耐用的玻璃的密码

科学家破解了更坚固、更耐用的玻璃的密码

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网易

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https://www.163.com/dy/article/JIJ1P2700532I50T.html

日本东北大学的科学家们发现了玻璃中的原子运动是如何减少内应力的，从而使玻璃更耐用。

我们都经历过玻璃杯从手中滑落，摔在地上摔成碎片的恐慌时刻。但是，如果这种常见的事故成为过去呢？

现在，日本东北大学（Tohoku University）研究人员的一项新发现，为玻璃如何抵抗破碎提供了洞见，有可能为高度耐用、抗破碎的材料铺平道路。这一突破对玻璃相关行业有着广泛的影响。

他们的研究结果的细节发表在2024年12月2日的《材料学报》上。

日本东北大学理科研究生院副教授Makina Saito指出：“玻璃虽然坚固，但当压力超过其承受能力时，它很容易破裂，但有趣的是，玻璃内部原子和分子的运动可以放松内应力，使材料更耐破裂。虽然，我们知道一些原子会‘跳跃’到附近的空白空间，但这个过程是如何缓解压力的却一直是个谜。”

先进的技术揭开原子运动

Makina Saito和他的同事们，包括来自京都大学、岛根大学、国家材料科学研究所和日本同步辐射研究所的研究人员，发现了离子玻璃中一种以前未知的应力松弛机制，这是一种玻璃模型系统。

他们的研究利用了最先进的同步辐射实验和计算机模拟，在纳秒到微秒的时间尺度上观察玻璃中的原子运动。

研究小组发现，当玻璃中的一些原子“跳跃”到附近的空白空间时，周围的原子群会慢慢地一起移动，填补空白。原子跳跃和集体运动的相互作用减少了内应力，保护玻璃在外力作用下不破碎。

Makina Saito补充说：“我们的研究结果对消费电子、建筑和汽车制造等行业具有深远的影响，在这些行业中，防碎玻璃是必不可少的。”

展望未来，研究小组计划探索类似的原子机制是否在其他类型的玻璃中起作用。他们的最终目标是为设计具有卓越抗冲击性的玻璃建立通用准则，这可能会彻底改变需要耐用材料的应用。