一項新研究發現了玻璃中原子環結構的重要性，揭示了它們的穩定性如何影響玻璃的性能和轉變溫度。在了解玻璃分子動力學方面取得的這項進展有助於為高性能應用設計更好的玻璃產品。

玻璃越來越多地應用於各種高性能領域，包括消費和工業應用、軍事和航空電子產品以及鍍膜和光學產品。鑑於手機和噴射機等產品對精度的嚴格要求，玻璃基板在整個製造過程中保持形狀不變至關重要。

康寧公司（Corning Incorporated）是創新玻璃、陶瓷及相關材料的製造商，該公司投入大量資源研究不同類型玻璃的穩定性。最近，康寧公司的研究人員發現，了解玻璃材料中原子環的穩定性可以幫助他們預測玻璃產品的性能。這種能力非常重要，因為使用最廣泛的玻璃是矽酸鹽玻璃，它由不同尺寸的原子環以三維方式連接而成。

中子散射實驗

在能源部橡樹嶺國家實驗室進行的中子散射實驗中，ORNL 和康寧公司的科學家發現，隨著玻璃中較小的、不太穩定的原子環數量的增加，玻璃的不穩定性或液態脆性也會增加。發表在《自然-通訊》（Nature Communications）上的中子實驗結果揭示了矽酸鹽玻璃的中程原子環結構與其液態脆性之間的明顯相關性。當玻璃液冷卻到玻璃轉變溫度時，其黏度會發生很大變化。在一定的溫度變化下，脆性較大的液體的黏度變化會更大。

橡樹嶺國家實驗室和康寧公司的科學家發現，隨著玻璃中較小的、較不穩定的原子環數量的增加，玻璃的不穩定性或液態易碎性也會增加。

研究論文的通訊作者、康寧公司助理研究員Ying Shi 說：”以前，科學家們一直不知道玻璃轉變的驅動機制。人們並不清楚為什麼某些類型的玻璃凝固得更快或更慢。”

Shi 和她來自康寧公司、加州大學洛杉磯分校和牛津大學的合作者與ORNL Spallation Neutron Source 的NOMAD 中子衍射儀光束線科學家合作，對工業常用的矽酸鋁玻璃進行了研究。

利用最近開發和驗證的中子散射數據分析工具RingFSDP，研究團隊從收集到的數據中找出了關鍵模式，揭示了玻璃中的液體脆性與其原子環穩定性之間的關係。

RingFSDP 是由康寧公司和ORNL 科學家共同開發的免費開源程序，用於研究矽酸鹽玻璃的原子環結構。它根據中子衍射數據中第一個尖銳衍射峰的形狀推導出矽酸鹽玻璃中的環尺寸分佈。

“將玻璃轉變溫度範圍與玻璃的基本結構特徵聯繫起來，將對玻璃的設計和生產產生重大影響，”論文共同作者、康寧公司研究員道格拉斯-艾倫（Douglas Allan）說。”我們的工作表明，玻璃的原子環結構與其玻璃轉變溫度範圍之間存在明顯的相關性，因此玻璃的性能特徵也與之相關。”

編譯來源：ScitechDaily