研究亮點(diǎn)

氧化物玻璃是現(xiàn)代生活中不可或缺的一部分，但其實(shí)用性可能會(huì)受到室溫下材料脆性的限制。11月15日，芬蘭坦佩雷大學(xué)Erkka J. Frankberg和法國里昂大學(xué)的Lucile Joly-Pottuz等研究者們發(fā)表在Science上題為“Highly ductile amorphous oxide at room temperature and high strain rate”的研究工作給這一行業(yè)帶來驚喜。研究表明通過粘性蠕變機(jī)制，非晶態(tài)氧化鋁可以在室溫和高應(yīng)變率下永久變形而不會(huì)破裂。只要材料致密且無幾何缺陷，這些薄膜就可以在室溫下達(dá)到流動(dòng)應(yīng)力，并且可以塑性流動(dòng)直至總伸長率達(dá)到100％。這項(xiàng)研究工作表明，低溫下非晶氧化物的延展性比以前的觀察結(jié)果高得多 這一發(fā)現(xiàn)可能有助于實(shí)現(xiàn)耐損傷玻璃材料以新方式做出貢獻(xiàn)，為傳統(tǒng)玻璃行業(yè)帶來新曙光。并有可能改善諸如電子設(shè)備和電池等的機(jī)械電阻和可靠性。

圖文解讀

在該項(xiàng)研究成果中，作者提供的證據(jù)表明，在足夠的負(fù)載下，可以在室溫測量非晶態(tài)Al2O3（a-Al2O3）薄膜的粘度。此外，粘性蠕變機(jī)理可以引發(fā)大量且快速的永久松弛，而無需大量的熱活化。即使遠(yuǎn)低于Tg，無機(jī)氧化物玻璃也處于過冷液態(tài)。一般在這些條件下，塑性松弛需要相當(dāng)大的外部驅(qū)動(dòng)力，但是該研究特別發(fā)現(xiàn)，即使在幾秒到幾納秒的短時(shí)間內(nèi)，這種行為也是可能的。

圖1. 300 K時(shí)a-Al2O3粘性行為的實(shí)驗(yàn)和模擬程序

圖2. 室溫下α-Al2O3的機(jī)械響應(yīng)：模擬和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

圖3. a-Al2O3在室溫下隨時(shí)間變化的流動(dòng)行為：實(shí)驗(yàn)和模擬

圖4. a-Al2O3中的可塑性機(jī)制

總而言之，該研究工作證明，α-Al2O3是一種比以前認(rèn)為的更具韌性的材料。通過粘性蠕變機(jī)理產(chǎn)生的可塑性需要密集且無缺陷的玻璃網(wǎng)絡(luò)，以及有效的活化能，該活化能滿足足夠的鍵轉(zhuǎn)換活性。

玻璃可塑性可直接應(yīng)用于薄膜中，例如電子產(chǎn)品和電池。另外，結(jié)果表明無定形氧化物具有用作高強(qiáng)度，耐損傷工程材料的潛力。為了實(shí)現(xiàn)這種潛力，人們面臨開發(fā)制造和表征技術(shù)的挑戰(zhàn)，這些技術(shù)使研究者能夠控制原子結(jié)構(gòu)和納米級的材料缺陷。

原文鏈接：https://science.sciencemag.org/content/366/6467/864