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| 日本科学家研发出可像橡胶一样伸缩的氧化物玻璃 |
| 来源：中国粉体技术网 更新时间：2014-12-05 10:19:56 浏览次数： |
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图1 当各向异性的玻璃在进行热处理时，纵向收缩率高达35%
稻叶诚司、伊藤和细野秀雄研究发现氧化物玻璃在软、长、直链分子结构方面与有机橡胶拥有相似的结构特征。偏磷酸盐玻璃像橡胶一样，在接近“玻璃化转变温度”(在这个温度点上，玻璃的状态会发生从过冷液体到固体的改变)时会发生扩张和收缩。
研究人员对一个过冷状态下的偏磷酸盐玻璃进行了拉伸实验，这个玻璃是由包含锂、钠、钾、铯和氧化磷的混合碱金属制成的。当进行加热和拉伸时，玻璃中的直链分子会变得具有高度的方向性，这时玻璃本身就变得和橡胶一样。当研究者将玻璃加热到更高的温度时，它的尺寸会收缩百分之十几，然后回到其原来的无序分子状态。这个属性被称为“熵弹性”——玻璃首次显示出此特性。
这种橡胶状的氧化物玻璃可以在高温、氧化环境中得到应用，这类环境有机聚合物橡胶是无法应对的。研究团队已经将成果发表在2014年12月2日《自然材料》的网络版上。
稻叶诚司和他的研究团队用化学成分是Li0.25Na0.25K0.25Cs0.25PO3混合碱金属偏磷酸盐玻璃进行了实验。这种氧化物玻璃是各向同性的，在室温下既硬又脆，容易破碎，和普通玻璃是一样的。然而，当它被加热到玻璃化转化温度Tg时，然后冷却进入拉伸状态，玻璃就变成各向异性(晶体的各向异性即沿晶格的不同方向，原子排列的周期性和疏密程度不尽相同，由此导致晶体在不同方向的物理化学特性也不同)。
当偏磷酸盐玻璃在Tg附近进行热处理时，它缩小了35%，但体积并没有改变。此外，虽然许多材料如普通玻璃，陶瓷，金属，当受热收缩时是放热的，但该团队开发的玻璃的在受热收缩时是吸热的。
偏磷酸盐玻璃，其结构类似于有机橡胶，表现出氧化物玻璃从未有过的一定程度的收缩性。而且由于其直链方向性和收缩后能恢复到初始结构，这些都显示它的各向异性。
这项研究展示了氧化物玻璃的内部结构，如何使得它们在室温下硬脆、容易破碎，而在高温情况下却能表现出橡胶一样的拉伸性能。结果表明，这种玻璃可以在高温、氧化环境中得到应用，这类环境中不能使用有机聚合物橡胶。进一步的研究可能会提高这种橡胶状氧化物玻璃的性能，并促进这类玻璃科学研究的发展。
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