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材料科學(xué)家利用納米顆粒讓玻璃強(qiáng)度提高5倍

2019-08-09 來源：粉體圈

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【中玻網(wǎng)】加州大學(xué)洛杉磯分校的機(jī)械工程師和材料科學(xué)家已開發(fā)出一種利用納米顆粒來增強(qiáng)玻璃原子結(jié)構(gòu)的工藝，實(shí)驗(yàn)證明這種產(chǎn)品的強(qiáng)度至少比現(xiàn)有的任何玻璃強(qiáng)5倍。

　　通過這種工藝可制備出多種工業(yè)用途玻璃，如可承受高溫的發(fā)動機(jī)部件、工具，建筑用途的門、桌子以及特殊設(shè)計(jì)的玻璃等。目前該研究成果已在線發(fā)表在Advanced Materials期刊上，未來將被納入到印刷版中。作者寫道，利用同樣工藝也可以制造更堅(jiān)固的陶瓷，如能承受較端高溫的航天器部件。

　　在材料科學(xué)中，“韌性”是用于衡量材料抵抗裂紋擴(kuò)展斷裂的能力的一個數(shù)值。雖然玻璃和陶瓷的韌性可以通過外部處理（如化學(xué)涂層）進(jìn)行增強(qiáng)，但這些方法并沒有改變材料本身易碎的事實(shí)。加州大學(xué)洛杉磯分校的研究人員從金屬的原子結(jié)構(gòu)中得到啟發(fā)，認(rèn)為如果能在玻璃種加入這種結(jié)構(gòu)，那么材料就在受到?jīng)_擊時就有可能不會發(fā)生破裂。

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破碎的玻璃

　　“結(jié)合玻璃和陶瓷的化學(xué)鍵其實(shí)非常僵硬，而金屬中的鍵合則具有一定的靈活性，”加州大學(xué)洛杉磯分校薩繆利工程學(xué)院研究員Xiaochun Li說?！爱?dāng)沖擊力足夠大時，玻璃和陶瓷中產(chǎn)生的裂縫會以大致筆直的路徑快速傳播通過材料。但當(dāng)金屬遭受沖擊時，由于化學(xué)鍵較易變形，因此可作為減震器使得原子能在保持結(jié)構(gòu)的同時四處移動?！?/p>

　　因此研究人員設(shè)想，若能向玻璃中注入碳化硅納米顆粒（類金屬陶瓷），或許材料就能在開裂前吸收更多能量。為了有助于確保納米顆粒均勻分散，他們將納米顆粒添加到華氏3000度（約1649攝氏度）的熔融玻璃中。待玻璃凝固后，嵌入的納米顆粒就會成為潛在裂縫的障礙。當(dāng)斷裂確實(shí)發(fā)生時，微小的顆粒會迫使它分支成微小的網(wǎng)絡(luò)狀，不再呈直線通過，使玻璃在開裂之前能從裂縫中吸收更多的能量。

　　目前加州大學(xué)洛杉磯分校團(tuán)隊(duì)在實(shí)驗(yàn)中開發(fā)出的玻璃塊呈微乳白色，不夠透明，但李認(rèn)為這個工藝也適合創(chuàng)造透明玻璃。該研究的其他作者是李氏科學(xué)實(shí)驗(yàn)室的訪問學(xué)者Qiang-Guo Jiang；于2018年獲得加州大學(xué)洛杉磯分校的博士學(xué)位的Chezheng Cao和Ting-Chiang Lin；廣東工業(yè)大學(xué)工程學(xué)教授Shanghua Wu。

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