玻璃为什么这样硬？

 

 

诸如玻璃之类的非晶态固体（尽管很脆并且具有不形成有序晶格的组成颗粒）可以具有令人惊讶的强度和刚度。这更是出乎意料的，因为非晶态系统还会遭受较大的非谐波波动。秘诀是一个内部的受力粒子网络，它覆盖了整个固体，从而为系统提供了强度。这种分支的动态网络就像骨架一样，即使材料仅占总颗粒的一小部分，也可以防止材料屈服。但是，仅当受力粒子的数量超过临界阈值时，才在“渗透过渡”之后形成此网络。随着这些粒子的密度增加，从一端到另一端的渗透网络的概率从零增加到几乎确定。

 

现在，东京大学工业科学研究所的科学家已经使用计算机模拟来仔细显示这些渗滤网络的形成，因为非晶态材料被冷却到其玻璃化转变温度以下。在这些计算中，使用有限范围的排斥势对二元颗粒混合物进行了建模。研究小组发现，无定形材料的强度是由无序机械结构的自组织引起的一种新兴特性。

 

第一作者华通说：“在零温度下，被堵塞的系统由于其内部的渗滤网络而将显示出应力的长期相关性。此模拟表明，即使在玻璃完全冷却之前，对玻璃也是如此。”

 

可以通过识别该网络中的粒子必须通过至少两个强力键连接来识别受力主干。冷却后，受力粒子的数量增加，直到跨系统的网络链接在一起。

研究人员称，“我们的发现可能为从机械角度更好地理解非晶态固体开辟道路。”由于坚硬耐用的玻璃非常适合智能手机，平板电脑和炊具使用，因此该作品可以找到许多实际用途。

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