仿貽貝結(jié)構(gòu)透明 高韌復(fù)合材料有望替代鏡片

8月5日，記者了解到，蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院AndréR.Studart教授團隊在稠密的貽貝結(jié)構(gòu)啟發(fā)下，以一種簡單易行的方法制備得到一款透明的，且擁有比鋼化玻璃更強的抗裂紋增長能力的高韌復(fù)合材料。相關(guān)研究以名為“Transparent and tough bulk composites inspired by nacre”發(fā)表在《Nature Communications》中。

你是不是在日常生活中都經(jīng)歷過以下兩款痛心的經(jīng)歷：眼鏡不知道怎么的摔了，鏡片很優(yōu)美地裂開了幾瓣；放在桌子邊上的手機，一不小心來了一次自由落體運動，屏幕呈現(xiàn)出屏碎后樹枝狀的裂紋。親，這邊建議您換眼鏡和手機哦！

不，倔強的人們怎能就此乖乖掏出自己的錢包！

該款復(fù)合材料制備工藝十分簡單，如圖1所示。

圖1該款透明高韌玻璃復(fù)合材料的制備流程。采用抽濾的方法得到玻璃粉末濾餅，后采用單軸壓縮將濾餅壓縮至所需厚度。將該濾餅放入600℃烘箱進行燒結(jié)，然后利用聚合物材料進行浸沒，得到玻璃復(fù)合材料。

經(jīng)過抽濾，玻璃粉末片與片間形成稠密的高度有序的結(jié)構(gòu)。繼而使用高溫?zé)Y(jié)的辦法，使得玻璃粉末間產(chǎn)生黏連，進而用聚合物填充玻璃間的空隙。這樣的結(jié)構(gòu)使得該復(fù)合材料擁有良好的韌性，其抵抗裂紋擴展的能力得到很大的提升（圖2）。從Ashby圖中看出，該研究中的玻璃復(fù)合材料比鋼化玻璃的抗裂紋增長能力高出三倍，同時保持著與常見硅基玻璃的斷裂強度。

圖2幾款玻璃材料及本研究中的玻璃復(fù)合材料的力學(xué)性能Ashby圖（其中藍綠紅圈分別代表玻璃含量為35%，45%和59%的玻璃復(fù)合材料。實圈和空圈分別代表裂紋萌生臨界應(yīng)力強度因子和裂紋擴展臨界應(yīng)力強度因子）

研究中，采用了與玻璃折射率相近聚合物填充玻璃塊中的空隙，一方面大大降低了玻璃與空氣因折射率不匹配導(dǎo)致的材料不透明程度，另一方面利用聚合物的塑性變形消耗部分外力，從而達到優(yōu)良力學(xué)性能。該復(fù)合材料光學(xué)性能如圖3所示。

圖3 a.研究中所用的聚合物材料、玻璃復(fù)合材料、玻璃塊的光透過性能。b.玻璃塊的照片。c——e.玻璃復(fù)合材料的照片，其中玻璃含量分別為35%，59%和45%。

可見，采用仿貽貝稠密結(jié)構(gòu)，將于玻璃折射率匹配的聚合物填充入玻璃塊中，制備得到玻璃復(fù)合材料，具有高的光學(xué)透明性和韌性，未來還可以通過進一步的優(yōu)化，制備得到光學(xué)透明性更好的復(fù)合材料。這將有望替代鏡片或是手機的玻璃蓋板，可以說是，媽媽再也不怕我刷眼鏡和手機啦！

采用德國薄膜制備工藝，形成了一套具有嚴格工藝標準的閉環(huán)式流程技術(shù)制備體系，能夠制備各種超高性能光學(xué)薄膜，包括紅外薄膜、增透膜，ARcoating, 激光薄膜、特種薄膜、紫外薄膜、x射線薄膜，應(yīng)用領(lǐng)域涉及激光切割、激光焊接、激光美容、醫(yī)用激光器、紅外制導(dǎo)、面部識別、VR/AR應(yīng)用,博物館，低反射櫥窗玻璃，畫框等。