科學家們製造出了一種具有空前韌性的氧化物玻璃。在高壓和高溫條件下，他們成功地使一種矽酸鋁玻璃產生了副結晶： 由此產生的晶體狀結構使玻璃能夠承受極高的應力，並在環境條件下保持不變。因此，副結晶被證明是生產極耐破碎玻璃的一種很有前途的工藝。

在許多方面，玻璃都是現代技術中極具吸引力的材料。然而，玻璃固有的脆性使其容易出現裂縫和斷裂，從而限制了其潛在的應用領域。為了在保留玻璃的優勢特性的同時大幅提高其韌性，相關研究在很大程度上都未能取得預期成果。創新方法和工藝科學雜誌《自然-材料》（Nature Materials）上介紹的新方法從氧化物玻璃入手，這種玻璃具有相當紊亂的內部結構，是商業應用最廣泛的玻璃材料。以含有矽、鋁、硼和氧的矽酸鋁為例，德國和中國的研究團隊現已成功賦予其新的結構。為此，他們在拜羅伊特大學巴伐利亞實驗地球化學和地球物理研究所（BGI）採用了高壓和高溫技術。玻璃狀（左）和準晶狀（右）毛玻璃的模擬結構。氧、矽、鋁和鈣元素的原子（從小到大）在周圍結構中的有序程度越高，顏色越淺。圖片來源：Hu Tang在10 到15 千兆帕的壓力和大約1000 攝氏度的溫度下，矽、鋁、硼和氧原子聚集在一起，形成類似晶體的結構。這些結構被稱為”準晶體”，因為它們與完全不規則的結構差別很大，但它們並不接近晶體的清晰規則結構。利用光譜技術進行的經驗分析和理論計算都清楚地顯示了這種介於晶體結構和無定形不規則結構之間的中間狀態。副結晶的影響即使將壓力和溫度降至正常環境條件下，鋁矽酸鹽玻璃中的副晶體結構依然存在。這些結構滲入玻璃後，玻璃的韌性比副結晶化之前高出許多倍。現在的韌性值高達1,99 ± 0,06 MPa (m)¹/²。這是氧化物玻璃前所未有的韌性。同時，玻璃的透明度並沒有受到副晶結構的嚴重影響。該研究的第一作者Hu Tang 博士在巴伐利亞實驗地球化學和地球物理研究所(BGI) 的高壓壓力機前。圖片來源：UBT / Chr.

研究人員解釋說，玻璃的超常強化是由於從外部作用於玻璃的力，通常會導致玻璃破裂或內部裂縫，而現在主要是針對準晶體結構。它們溶解了這些結構的部分區域，並將它們變回無定形的隨機狀態。這樣，玻璃作為一個整體就獲得了更大的內部可塑性，因此在受到這些甚至更強的外力時也不會破裂或開裂。未來展望新研究的第一作者Hu Tang 博士說：”我們的發現強調了一種開發高耐受性玻璃材料的有效策略，我們計劃在未來幾年內繼續開展這方面的研究。””副結晶導致的韌性增加表明，原子層面的結構變化會對氧化物玻璃的性能產生重大影響。”巴伐利亞實驗地球化學和地球物理研究所的Tomoo Katsura 教授博士補充說：”在這個層面上，玻璃作為一種遠未枯竭的材料，具有優化的巨大潛力。”