加州大学洛杉矶分校的研究人员使用纳米颗粒增强玻璃的韧性

加州大学洛杉矶分校的机械工程师和材料科学家已经开发出一种利用纳米颗粒增强玻璃原子结构的方法。其结果是，这种产品的硬度至少是目前市面上任何一种玻璃的五倍。

该工艺可以生产出用于工业应用的玻璃在发动机部件和工具，可以承受高温，例如-以及用于门、桌子等建筑和设计元素。

这项研究发表在《先进材料》(Advanced Materials)杂志的网络版上，并将被收录在未来的印刷版中。作者写道，同样的方法也可以用于制造更坚硬的陶瓷，例如，可以用于更能承受极端高温的航天器部件。

材料科学中的“韧性”测量一种材料能吸收多少能量以及它能变形多少没有破碎。虽然玻璃和陶瓷可以通过化学涂层等外部处理来增强，但这些方法并不能改变材料本身易碎的事实。

为了解决这个问题，加州大学洛杉矶分校的研究人员从金属的原子结构中得到启示，金属的原子结构可以承受撞击而不会断裂。,

“把玻璃和陶瓷结合在一起的化学键非常坚硬，而金属的化学键有一定的灵活性，”加州大学洛杉矶分校萨缪埃尔工程学院雷神公司制造学教授、该研究的首席研究员李晓春说。“在玻璃和陶瓷中，当冲击足够强时，裂缝会在材料中以直线传播。

“当某物撞击金属时，其更可变形的化学键起到减震器的作用，其原子四处移动，同时仍将结构保持在一起。”

研究人员假设，通过将纳米碳化硅(一种金属)注入玻璃，这种材料能够在失效前吸收更多的能量。他们将纳米颗粒加入到3000华氏度的熔融玻璃中，这有助于确保纳米颗粒均匀分散。

一旦材料凝固，嵌入的纳米颗粒就会成为潜在裂缝的路障。当裂缝发生时，微小的颗粒会迫使它向外延伸，形成微小的网络，而不是让它走直线。这种分支使玻璃能够在造成重大破坏之前从断裂中吸收更多的能量。

烧结是一种粉末在压力下加热，然后冷却的方法，是制造玻璃的主要方法。这也是其他研究小组之前在玻璃或陶瓷中分散纳米颗粒的实验中使用的方法。但在这些实验中，纳米粒子的分布并不均匀，因此产生的材料具有不均匀的韧性。

加州大学洛杉矶分校的研究小组为这个实验开发的玻璃块是乳白色的，而不是透明的，但是李说这个过程可以用来制造透明的玻璃。

该研究的其他作者是李彦宏科学实验室的访问学者蒋强国;曹哲政和李廷江，2018年在加州大学洛杉矶分校获得博士学位;以及中国广东工业大学工程学教授吴尚华。