超强玻璃让手机“想摔坏都难”

日前，中国科学院过程工程所研究员李建强团队研制出一种高熵玻璃。这种玻璃样品具有破纪录的硬度和模量，用其做成的手机屏幕“想碎都不容易”。
“硬核”技术造就更强
随着手机、平板电脑等电子产品越来越轻薄、屏幕越来越大，人们对盖板玻璃的各项性能要求也越来越高。在盖板玻璃的抗摔性测试方面，主流的方法是让样机从一定高度自由掉落，然后统计盖板玻璃的破碎情况。
现有的手机屏幕、平板电脑屏幕的盖板玻璃，按组分不同可以分为高铝玻璃和钠钙玻璃两种。相比而言，前者具有更好的性能。但这两种玻璃有一个共性，就是组分里都含有较多的网络形成体，如SiO2、B2O3等。
“含有网络形成体在一定程度上会限制玻璃新体系的开发和性能的提升。”李建强说，“我们的玻璃样品不含网络形成体，同时引入高熵材料的设计理念，在玻璃中加入氧化钛、氧化锆等能够改变微观配位数的组元，共同组成玻璃的主体。这种新玻璃在微观结构上可以带来优异的性能。”
另外，这种玻璃的形成能力较低，冷却过程中易析晶且熔点较高，用传统的熔融冷却法比较难制备。
为解决这一矛盾性关键科学问题，研究人员基于在特种玻璃领域的多年研究积累，合理选取多主元组分，并采用“激光加热熔化—无容器凝固”方法，借此熔化氧化锆等超高熔点的物质。
激光加热具有快热快冷的优点，可以使熔体达到深过冷状态并实现快速凝固，从而解决玻璃样品制备的难题。
何时告别碎屏险
利用这些技术，研究人员成功制备出高硬度、高模量的高熵玻璃，它具有破纪录的硬度和模量，以及优异的断裂韧性。
“盖板玻璃的抗摔程度综合反映了脆性和断裂韧性参数，和硬度也有一定的关系。”李建强说，“目前，我们的样品还处于实验室阶段，没有对玻璃的抗摔性进行测试。尽管还没有进行抗摔性测试，但这种玻璃样品的断裂韧性（描述材料抵抗裂纹扩展能力的物理量）测试指标高于现在很多手机屏幕所用的玻璃。这在一定程度上说明样品在后期整机装样测试时，会取得比较好的抗摔性。”
一个走向市场的成熟产品不仅需要某些突出的优点，还需要各方面性能有较好的均衡。对于盖板玻璃，除了模量以外，往往还要求其具有良好的透过性、脆性、断裂韧性等特点。此外，制备工艺的复杂性和成本也是影响其应用的重要因素。
“我们前期研究的关注点主要放在力学性能方面，这是盖板玻璃最基础也是最重要的参数。后期将盖板玻璃集中放到专门的模块进行测试分析。”李建强说，“接下来，我们会尝试制备满足装机要求的盖板玻璃，逐步推进各项性能的测试。”
（据科普中国）