硬度破紀錄! 大陸中科院研製超硬「高熵玻璃」 未來用於手機不怕跌爆

| 何兆洋 | 07-09-2021 18:48 | |

相信不少人都試過不小心把手機跌在地上,幸運的話也許沒事,相反跌爆芒的情況亦算常見。近日中國科學院過程工程研究所研究員李建強團隊表示,已研製出一種高熵玻璃,擁有破紀錄的硬度,多項指標也遠超美國康寧公司的主流產品 — 「第六代大猩猩玻璃(曾被稱為有史以來最堅強手機屏幕)」。

  • 中國科學院過程工程研究所研究員李建強團隊表示,已研製出一種高熵玻璃,擁有破紀錄的硬度
  • 高熵合金即使添加多種金屬也不會脆化,在力學、物理和化學性能等方面表現出獨特優勢
  • 高熵玻璃的高模量在一定程度上亦反映玻璃抵抗划痕的能力

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據《中國科學報》報道,這種玻璃硬的程度達「想碎都難」。李建強表示:「這種氧化物高熵玻璃,具有破紀錄的硬度和模量,以及優異的斷裂韌性」,「玻璃樣品在硬度、模量和斷裂韌性上,遠超第六代大猩猩玻璃,在蓋板玻璃領域具有重要的潛在應用」。

所謂高熵,是近年來合金、陶瓷等領域對一類新型材料體系的稱呼,這一概念最早來自於高熵合金。李建強解釋,作為一種全新的材料體系,高熵材料打破了傳統材料的設計理念,在金屬、陶瓷及金屬間化合物等領域,受到廣泛關注。

傳統的合金材料主要由 1、2 種主要組元組成,再加入其他微量元素提升特性。而高熵合金的主要組元通常為 4、5 種以上,且各種組元的含量接近等比例。在以往的概念中,合金中加的金屬種類愈多就會愈脆,但高熵合金即使添加多種金屬也不會脆化,在力學、物理和化學性能等方面表現出獨特優勢,目前已成為國際材料學術界的重要研究熱點之一。

報道指,高熵玻璃具有破紀錄的硬度(12.58 GPa)和模量(177.9 GPa),以及優異的斷裂韌性(1.52 MPa·m0.5)和良好的可見光—近中紅外波段透過性(最大86.8%),多項指標遠超第六代大猩猩玻璃(硬度6.78 GPa、模量77 GPa、斷裂韌性0.7 MPa·m0.5)。

同時高熵玻璃的高模量在一定程度上亦反映玻璃抵抗划痕的能力。研究團隊報告了3種新型的多組分玻璃,通過無容器熔體急冷工藝製備,可以使玻璃具有很高的硬度和楊氏模量。

高熵玻璃樣品比第六代大猩猩玻璃的各項指標提高約 1 倍,但李建強坦言,不能簡單地說「抗摔性就可以翻倍」。他表示,蓋板玻璃的抗摔程度綜合反映了脆性和斷裂韌性參數,和硬度也有一定的關係。目前,高熵玻璃樣品仍處於實驗室階段,尚未測試玻璃的抗摔性,但樣品的斷裂韌性測試指標高於第六代大猩猩玻璃,在一定程度上說明樣品在後期整機裝樣測試時,會取得比較好的抗摔性。

李建強認為,市場對手機屏玻璃的堅強度,仍然更高的需求,通過創新成分設計和製備方法,製備出本徵上具有高硬度、高模量和高斷裂韌性的玻璃,對電子玻璃行業具有重要意義。

有關成果已在國際科學期刊《細胞》(Cell)子刊 iScience 上發表。

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Source:中國科學報

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