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珍珠層的微觀(guān)結(jié)構(gòu)與平層滑動(dòng)

類(lèi)珍珠層玻璃板的制造（節(jié)選部分）

　　玻璃的透明性和耐用性使其成為很多領(lǐng)域應(yīng)用的優(yōu)先材料。但無(wú)論是汽車(chē)玻璃、建筑物玻璃還是智能手機(jī)玻璃顯示屏，玻璃組件總是整個(gè)系統(tǒng)中更薄弱的環(huán)節(jié)。據(jù)美國(guó)“物理學(xué)網(wǎng)”（phys.org）報(bào)道，加拿大麥吉爾大學(xué)的機(jī)械工程師Francois Barthelat等受貝殼啟發(fā)，設(shè)計(jì)了一種新型復(fù)合玻璃，這種玻璃的抗沖擊性能非常優(yōu)異。

　　提高玻璃耐沖擊性能的策略包括：（1）采用層壓技術(shù)使兩塊或兩塊以上的玻璃板與中間的薄層樹(shù)脂等材料緊密貼合在一起；（2）通過(guò)加熱和快速冷卻（即回火）使玻璃的硬度提高。然而，Barthelat等認(rèn)為，這些可能都不是解決問(wèn)題的終結(jié)方案。

　　在過(guò)去的15年中，Barthelat等一直致力于研究珍珠層的結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能。珍珠層是一種乳白色的抗沖擊材料，它可以保護(hù)軟體動(dòng)物免受捕食者的攻擊。Barthelat說(shuō)：“動(dòng)物將體內(nèi)相對(duì)較弱的成分，例如易碎的礦物質(zhì)和柔軟的蛋白質(zhì)等，轉(zhuǎn)化為堅(jiān)固的盔甲?！?/p>

　　珍珠層超強(qiáng)韌性的關(guān)鍵在于其類(lèi)磚墻結(jié)構(gòu)——它是由多層微觀(guān)礦物薄片經(jīng)蛋白質(zhì)黏合后堆疊而成。這些貌似脆弱的碳酸鈣薄片在壓力作用下可以相互滑動(dòng)，吸收沖擊能。為了模擬珍珠層的結(jié)構(gòu)，研究人員使用脈沖紫外線(xiàn)激光束在普通硼硅酸玻璃片上蝕刻了類(lèi)似結(jié)構(gòu)，然后與塑料薄膜進(jìn)行層壓。英國(guó)諾丁漢大學(xué)結(jié)構(gòu)工程師Kyriaki Corinna Datsiou說(shuō)：“盡管珍珠層的結(jié)構(gòu)屬性已經(jīng)不是什么秘密，但Barthelat團(tuán)隊(duì)初次將其用于了夾層玻璃材料?！盌atsiou并未參與Barthelat團(tuán)隊(duì)的項(xiàng)目研究，但她為此發(fā)表了觀(guān)點(diǎn)文章。Barthelat等認(rèn)為模擬珍珠層的關(guān)鍵在于類(lèi)瓷磚結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)度，太長(zhǎng)或太短都容易誘發(fā)斷裂。并且，蝕刻結(jié)構(gòu)必須非常準(zhǔn)確，隨機(jī)性較低，而覆膜層必須具有高度可形變特性。

　　Barthelat等在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，他們制造的類(lèi)珍珠層玻璃比鋼化玻璃或夾層玻璃的抗沖擊強(qiáng)度高2~3倍，比普通玻璃的抗沖擊性強(qiáng)15~24倍。與此同時(shí)，它的透明度僅略遜于傳統(tǒng)夾層玻璃。Barthelat說(shuō)：“可能很多玻璃材料學(xué)家都會(huì)認(rèn)為，將強(qiáng)激光引入玻璃是一個(gè)壞主意，它會(huì)使玻璃產(chǎn)生缺點(diǎn)并降低強(qiáng)度。然而，我們?cè)O(shè)計(jì)的玻璃卻證實(shí)，看似的弱化過(guò)程讓材料性能更好了。此外，我們開(kāi)發(fā)的制造方法的拓展性也比較好，工業(yè)化的成本較低?！盌atsiou說(shuō)：“Barthelat等開(kāi)發(fā)的玻璃有望用于汽車(chē)和建筑物?！?/p>

　　類(lèi)珍珠層玻璃也并非無(wú)缺：它的硬度比普通玻璃低10%~15%。為了彌補(bǔ)這一缺點(diǎn)，研究人員建議在類(lèi)珍珠層玻璃外側(cè)加裝普通玻璃板，這樣可以將整體強(qiáng)度提高到接近夾層玻璃的90%。接下來(lái)，研究人員還準(zhǔn)備制造類(lèi)珍珠層曲面鏡片和超薄觸摸屏。Barthelat說(shuō)：“我們希望開(kāi)發(fā)一種可彎曲的類(lèi)珍珠層玻璃，這種玻璃可以承受非常大程度的形變，并能無(wú)傷復(fù)原?！盌atsiou則認(rèn)為，未來(lái)的類(lèi)珍珠層玻璃可能還會(huì)融入其他天然珍珠層特征，這可能對(duì)玻璃材料性能的提升有幫助。