摔不破的玻璃　準晶化鋁矽酸鹽

編譯／高晟鈞

從美索不達米亞、埃及、羅馬帝國，一直到近、現代的東西方文明中，玻璃在人類歷史上一直扮演相當重要的角色。玻璃一開始是由人類從岩漿中獲得的，之後經過多年的改進，現在的玻璃大部分都是由人工來製造而成的，透過將純鹼、石灰、石英放入高達2000度高溫的熔爐，經高溫燒熔後所形成的。

玻璃的先天限制

在許多方面，玻璃對於現在技術是相當具有吸引力的。然而，它的缺點也顯而易見，便是容易因碰撞產生裂紋或是因此碎裂。而在大部分提高玻璃韌性的研究中，能通時保有其優點的方法可以說是幾乎沒有。

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摔不破的玻璃

近期，來自拜羅伊特大學的研究人員，生產出了一種具有相當韌性的氧化物玻璃──準晶化鋁矽酸鹽玻璃。這種特殊玻璃是利用含有矽、硼、鋁和氧的鋁矽酸鹽，通過高溫、高壓技術所創造出的一種高度耐損傷的晶體結構。

在10至15Gpa的壓力和1,000°C左右的溫度下，這種特殊玻璃會產生「準晶體」結構，一種介於完全不規則與規則的晶體結構的中間狀態。具有這些結構的玻璃的滲透導致玻璃的韌性比準晶化之前高許多倍，更重要的是，保有原來玻璃原來的特性，諸如透明度等都並未受到不良影響。

準晶結構大解密

研究人員解釋了玻璃的非凡強化效果，因為從外部作用在玻璃上的力通常會導致破裂或內部裂紋。然而，準晶體結構使得玻璃作為一個整體，其內部的排列結構獲得了更大的可塑性，從而使其在受到外力作用時不會破裂。

準晶化導致的韌性增加表明，原子水平上的結構變化可以對氧化物玻璃的性能產生重大影響。在長期使用與材料供給方面，準晶化玻璃方面具有巨大的潛力。

資料來源:Phys.org

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