软支撑可以使玻璃出乎意料地稳定

来自宾夕法尼亚大学和布鲁克海文国家实验室的一组研究人员找到了一种制造稳定玻璃的新方法。

玻璃是建筑材料、饮料容器、软电子产品和手机屏幕中无处不在的材料。一种称为老化的过程会产生自然致密且坚硬的玻璃。它涉及可能发生数千年到数亿年的缓慢转变，其特点是液体冷却到其熔点以下时逐渐致密化和硬化。

然而，2007年，研究人员发现稳定的玻璃也可以通过使用物理气相沉积工艺从气相中冷凝材料来生产。气相沉积可以使刚刚到达表面的分子更好地聚集，从而生产出更耐老化的玻璃。

现在，由宾夕法尼亚大学艺术与科学学院的ZahraFakhraai领导的研究小组与布鲁克海文国家实验室的科学家合作，发现了一种进一步加速这一衰老过程的方法，重新定义了衰老过程的基本原理。引导稳定玻璃的形成。他们的研究结果发表在《自然材料》杂志上。

“我们发现，相当矛盾的是，通过在气相沉积过程中使用柔软、更灵活的基材，我们可以制造比以前制造的更坚硬、更致密的玻璃，”Fakhraai说。“这些发现提供了一种精确设计玻璃薄膜的新方法，并为更快地制造耐用材料铺平了道路。”

这一发现是偶然出现的，当时Fakhraai小组的博士后研究员PengLuo被鼓励用软质基板进行玻璃沉积实验，主要是出于好奇，“看看较软的基板是否会对材料造成损坏，”他说。“但我们看到的是玻璃表现出的特性就像老化了数百万年一样，远远超过了使用传统刚性基材的方法所看到的。”

罗解释说，之前的研究使用沉积速率和基底温度来控制表面分子落在基底上后的组装。在适当的温度下，沉积速率越慢，着陆的分子在被进入的分子掩埋和“冻结”之前，必须有更多的时间将自身调整为更稳定的结构。

“这基本上是表面分子的‘自组装’，其方式由它们在一定温度下的移动性决定，而我们对沉积的速度没有太多控制，”他说。“我们发现柔软的基材可以使沉积的玻璃膜更致密，这表明基材的弹性可以影响表面分子的组装过程，因此，这可以作为控制玻璃膜结构和性能的新维度。范围更大，这是以前无法到达的。”

通过采用聚二甲基硅氧烷等软基材，该团队表明可以显着加速稳定的玻璃形成，制造出的材料密度比传统液体淬火玻璃高2-2.5%，比任何其他报道的材料大1%稳定的玻璃。

罗补充说，另一个值得注意的发现是，他们沉积的分子长度只有一纳米;然而，在沉积过程中，表面平衡过程可能会在相当大的距离(测量约为200纳米)内受到软基板的影响。这个距离值得注意，因为它远远超出了基于当前玻璃理论的预期，对现有的理解提出了挑战。

“这种效果可以比作在挤满200人的礼堂里玩电话游戏，但不知何故，相当神秘的是，信息却完美地传达了，没有中断”Fakhraai说。“软基质对如此长距离的影响表明表面上有一种远程通信或交互的形式，这种形式尚未完全理解，但我们有兴趣在未来的研究中探索这一点。”

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