讓玻璃變韌不是夢——仿貽貝結構透明、高韌復合材料

你是不是在日常生活中都經(jīng)歷過以下兩款痛心的經(jīng)歷：眼鏡不知道怎么的摔了，鏡片很優(yōu)美地裂開了幾瓣；放在桌子邊上的手機，一不小心來了一次自由落體運動，屏幕呈現(xiàn)出屏碎后樹枝狀的裂紋。親，這邊建議您換眼鏡和手機哦！

不，倔強的人們怎能就此乖乖掏出自己的錢包！近日，蘇黎世聯(lián)邦理工學院André R. Studart 教授團隊在稠密的貽貝結構啟發(fā)下，以一種簡單易行的方法制備得到一款透明的，且擁有比鋼化玻璃更強的抗裂紋增長能力的高韌復合材料。相關研究以名為“Transparent and tough bulk composites inspired by nacre”發(fā)表在《Nature Communications》中。

該款復合材料制備工藝十分簡單，如圖1所示。

圖1 該款透明高韌玻璃復合材料的制備流程。采用抽濾的方法得到玻璃粉末濾餅，后采用單軸壓縮將濾餅壓縮至所需厚度。將該濾餅放入600℃烘箱進行燒結，*后利用聚合物材料進行浸沒，*后得到玻璃復合材料。

經(jīng)過抽濾，玻璃粉末片與片間形成稠密的高度有序的結構。繼而使用高溫燒結的辦法，使得玻璃粉末間產(chǎn)生黏連，進而用聚合物填充玻璃間的空隙。這樣的結構使得該復合材料擁有良好的韌性，其抵抗裂紋擴展的能力得到很大的提升（圖2）。從Ashby圖中看出，該研究中的玻璃復合材料比鋼化玻璃的抗裂紋增長能力高出三倍，同時保持著與常見硅基玻璃的斷裂強度。

圖2 幾款玻璃材料及本研究中的玻璃復合材料的力學性能Ashby圖（其中藍綠紅圈分別代表玻璃含量為35%，45%和59%的玻璃復合材料。實圈和空圈分別代表裂紋萌生臨界應力強度因子和裂紋擴展臨界應力強度因子）

研究中，采用了與玻璃折射率相近聚合物填充玻璃塊中的空隙，一方面大大降低了玻璃與空氣因折射率不匹配導致的材料不透明程度，另一方面利用聚合物的塑性變形消耗部分外力，從而達到優(yōu)良力學性能。該復合材料光學性能如圖3所示。

圖3 a.研究中所用的聚合物材料、玻璃復合材料、玻璃塊的光透過性能。b.玻璃塊的照片。c~e.玻璃復合材料的照片，其中玻璃含量分別為35%，59%和45%。

可見，采用仿貽貝稠密結構，將于玻璃折射率匹配的聚合物填充入玻璃塊中，制備得到玻璃復合材料，具有高的光學透明性和韌性，未來還可以通過進一步的優(yōu)化，制備得到光學透明性更好的復合材料。這將有望替代鏡片或是手機的玻璃蓋板，可以說是，媽媽再也不怕我刷眼鏡和手機啦！

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