新型玻璃的资料(新型玻璃制造的步骤)

《Science》:东京大学的研究人员发明了可以“二次旋转”的玻璃

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俗话说“破镜重圆不成”。然而，日本研究人员最近发明了一种自愈合玻璃材料，有望用于开发新的玻璃产品。

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普通玻璃多为无机玻璃，主要由二氧化硅和硅酸盐复盐(Na2SiO3、CaSiO3)组成，为非晶态固体，结构不规则。在生产过程中，石英砂、石灰石、长石、纯碱等原料在高温下加热熔化形成熔融玻璃，经冷却、成型、退火后转变为形状固定的固体产品。这种玻璃打碎后会碎成不规则的薄片，无法再连接在一起，也就是“破碎的镜子无法团聚”。

目前常用的玻璃一旦破损是无法修复的。最近日本东京大学的佐藤智教授发明的可以“二次左右”的玻璃是一种半透明的高分子材料，属于有机玻璃。这种新型有机玻璃材料可以实现自修复，有望在未来用于开发新的玻璃产品。研究论文最近发表在美国《科学》杂志上。(DOI:10.1126/science.aam7588)

TUEG 3及其参比聚合物的分子结构与表征

通常，无定形聚合物由于长聚合物链的缠结而形成强聚合物材料。然而，一旦这些材料断裂，除非加热熔化，否则它们很难自我修复，因为缠结的聚合物链在合理的时间范围内扩散太慢，无法合并断裂的部分。当低分子量聚合物通过非共价键如氢键交联时，它们可以制成机械稳定但可聚合的聚合物材料，因为它们的动态性能可以通过改变交联密度来调节。到目前为止，类似橡胶的柔软材料、热塑性弹性体和氢键被设计成可以轻轻压缩和愈合。但大量氢键的存在往往会导致晶体或高分子材料的聚集，使其变脆。换句话说，高强度、坚固性和愈合能力往往是相互排斥的。

硫脲和尿素在聚合物基体中的氢键相互作用

在这篇论文中，研究人员说，他们发现聚醚硫脲，如TUEG2和TUEG3，携带了致密的氢键硫脲单元，但形成了异常无定形的材料。更有趣的是，这些材料具有很高的机械强度，可以很容易地通过断裂在断裂表面进行修复。为什么带有大量H键的硫脲单元是无定形的？他们发现他们的氢键硫脲阵列几何形状是非线性的，所以他们不会诱导结晶。

将一片长20 mm、宽10 mm、厚2 mm的聚醚硫脲半透明玻璃拆分成两部分，分别用镊子夹住这两部分，然后将这两部分玻璃连在一起，再用夹子夹起300克的重物即可。

聚合硫脲衍生物在压缩过程中的愈合行为

聚(醚-硫脲)和聚(亚烷基-硫脲)中聚合物链通过交换氢键对的滑动

目前的工作为设计机械强度高但重叠的聚合物材料提供了以下基本结构要素：(1)较短的聚合物链，允许更大的分段运动；(2)通过大量氢键的紧密交联，获得更好的力学性能；(3)不引起结晶的非线性(不太有序的)氢键阵列，和(4)促进氢键对交换的机制。与TUEG 3硫脲单元相连的三甘醇间隔基优化调节交换氢键硫脲对的活化能；因此，尽管聚合物材料是非共价高度交联的，但它只能通过压缩而不是加热来愈合。

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