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| 日本科學(xué)家研發(fā)出可像橡膠一樣伸縮的氧化物玻璃 |
| 來(lái)源：中國粉體技術(shù)網(wǎng) 更新時(shí)間：2014-12-05 10:19:56 瀏覽次數： |
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圖1 當各向異性的玻璃在進(jìn)行熱處理時(shí)，縱向收縮率高達35%
稻葉誠司、伊藤和細野秀雄研究發(fā)現氧化物玻璃在軟、長(cháng)、直鏈分子結構方面與有機橡膠擁有相似的結構特征。偏磷酸鹽玻璃像橡膠一樣，在接近“玻璃化轉變溫度”(在這個(gè)溫度點(diǎn)上，玻璃的狀態(tài)會(huì )發(fā)生從過(guò)冷液體到固體的改變)時(shí)會(huì )發(fā)生擴張和收縮。
研究人員對一個(gè)過(guò)冷狀態(tài)下的偏磷酸鹽玻璃進(jìn)行了拉伸實(shí)驗，這個(gè)玻璃是由包含鋰、鈉、鉀、銫和氧化磷的混合堿金屬制成的。當進(jìn)行加熱和拉伸時(shí)，玻璃中的直鏈分子會(huì )變得具有高度的方向性，這時(shí)玻璃本身就變得和橡膠一樣。當研究者將玻璃加熱到更高的溫度時(shí)，它的尺寸會(huì )收縮百分之十幾，然后回到其原來(lái)的無(wú)序分子狀態(tài)。這個(gè)屬性被稱(chēng)為“熵彈性”——玻璃首次顯示出此特性。
這種橡膠狀的氧化物玻璃可以在高溫、氧化環(huán)境中得到應用，這類(lèi)環(huán)境有機聚合物橡膠是無(wú)法應對的。研究團隊已經(jīng)將成果發(fā)表在2014年12月2日《自然材料》的網(wǎng)絡(luò )版上。
稻葉誠司和他的研究團隊用化學(xué)成分是Li0.25Na0.25K0.25Cs0.25PO3混合堿金屬偏磷酸鹽玻璃進(jìn)行了實(shí)驗。這種氧化物玻璃是各向同性的，在室溫下既硬又脆，容易破碎，和普通玻璃是一樣的。然而，當它被加熱到玻璃化轉化溫度Tg時(shí)，然后冷卻進(jìn)入拉伸狀態(tài)，玻璃就變成各向異性(晶體的各向異性即沿晶格的不同方向，原子排列的周期性和疏密程度不盡相同，由此導致晶體在不同方向的物理化學(xué)特性也不同)。
當偏磷酸鹽玻璃在Tg附近進(jìn)行熱處理時(shí)，它縮小了35%，但體積并沒(méi)有改變。此外，雖然許多材料如普通玻璃，陶瓷，金屬，當受熱收縮時(shí)是放熱的，但該團隊開(kāi)發(fā)的玻璃的在受熱收縮時(shí)是吸熱的。
偏磷酸鹽玻璃，其結構類(lèi)似于有機橡膠，表現出氧化物玻璃從未有過(guò)的一定程度的收縮性。而且由于其直鏈方向性和收縮后能恢復到初始結構，這些都顯示它的各向異性。
這項研究展示了氧化物玻璃的內部結構，如何使得它們在室溫下硬脆、容易破碎，而在高溫情況下卻能表現出橡膠一樣的拉伸性能。結果表明，這種玻璃可以在高溫、氧化環(huán)境中得到應用，這類(lèi)環(huán)境中不能使用有機聚合物橡膠。進(jìn)一步的研究可能會(huì )提高這種橡膠狀氧化物玻璃的性能，并促進(jìn)這類(lèi)玻璃科學(xué)研究的發(fā)展。
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