随着智能手机的普遍应用，几乎每位消费者都要面对手机“碎屏”的烦恼。商家甚至推出为手机屏幕专门保驾护航“碎屏险”，来为消费者的手机屏幕“买安心”。

那么，手机屏幕的碎裂真的不可避免吗？这种“烦恼”通过科学的途径该如何解决？

图丨被摔裂的手机屏幕（来源：公众号公共图片库）

近日，麦吉尔大学（McGillUniversity）的研究人员发现了一种新型玻璃材料，它的强度比原材料坚固3000倍，是目前报道中已知最坚固、最坚韧的玻璃。与普通玻璃相比，这种新型玻璃材料的强度是普通玻璃的3倍，抗断裂性则高出普通玻璃5倍以上，并且还能够像塑料那样富有弹性[1]。

有专家认为，“这种新型玻璃的量产和使用，可以改变整个智能手机屏幕市场以及其他应用。”

图丨相关论文（来源：Science）

9月10日，相关论文以《离心和指数匹配产生强而透明的仿生珠光复合材料》（Centrifugationandindexmatchingyieldastrongandtransparentbioinspirednacreouscomposite）为题发表在Science。

受珍珠内层结构的启发，麦吉尔大学的科学家们研发了一种更坚固、更有韧性的玻璃。通常，玻璃会因撞击而破碎，而这种新型材料由于具有塑料的弹性，这给未来用于改善手机屏幕等应用带来了更多的可能。

灵感来自大自然，强度是普通玻璃的3倍，抗断裂性高出5倍以上

在现有技术应用中，虽然使用钢化和层压等技术可以使玻璃强化得以改善，但它们存在成本高、表面损坏便不可再用等缺陷。

麦吉尔大学生物工程系副教授艾伦·埃利彻（AllenEhrlicher）对媒体表示，“直到现在，在高强度、韧性和透明度之间存在权衡。我们的新材料不仅强度是普通玻璃的3倍，而且抗断裂性也高出5倍以上，”

图丨（A）玻璃复合材料（左侧无指数匹配策略，右侧有指数匹配），(B)玻璃复合材料的微观结构，(C)红鲍壳中珍珠层的视图，(D)珍珠层的微观结构（来源：麦吉尔大学）

该材料的设计灵感来源于大自然，研究人员创造了一种与珍珠层结构相似的新型玻璃薄片和丙烯酸（C₃H₄O₂）的复合材料。埃利彻说：“大自然是设计大师，研究生物材料的结构并了解它们的工作原理为新材料提供了灵感，有时甚至是蓝图。”

他补充说道：“令人惊讶的是，珍珠层具有坚硬材料的刚性和柔软材料的耐用性，使其两全其美，它由坚硬的粉笔状物质组成，这些物质与高弹性的软蛋白质分层。这种结构产生了非凡的强度，使其比构成它的材料坚固3000倍。”

图丨麦吉尔大学关于该研究的推特（来源：Twitter）

研究人员表示，“微米大小的玻璃片和聚（甲基丙烯酸甲酯）（PMMA）通过离心混合和结构化，形成致密的PMMA玻璃层。通过将PMMA的折射率调整为玻璃的折射率，并使用化学功能化来创建连续界面，可以创建透明的复合材料。

图丨（A）玻璃复合材料的微观结构，(B)珍珠层的微观结构（来源：Science）

研究人员通过玻璃薄片和丙烯酸层模仿珍珠层的结构，进而产生出这种非常坚固但却不透明的材料，并适合轻松且廉价地生产。然后，该团队再通过进一步的研究，使复合材料具备光学透明性。

“通过调节丙烯酸的折射率，我们使其与玻璃无缝混合，形成真正透明的复合材料。”麦吉尔大学博士后研究员、研究论文主要作者阿里·阿米尼（AliAmini）说。

柔性玻璃的发明起源

据推测，柔性玻璃并不是新生产物，而极有可能是从罗马皇帝提比略·凯撒（TiberiusCaesar）统治时期就存在的“失传发明”。根据罗马作家伊乌斯·普林尼·塞坤杜斯（GaiusPliniusSecundus）的流行历史记载“发明家将一个由这种材料制成的饮水碗拿到了皇帝的面前。当打破这个特殊材料制成的碗时，它只是凹陷而没有破碎。”

图丨许多合成和天然材料的断裂韧性与强度的材料（来源：Science）

“当我想到提比略·凯撒的故事时，我很高兴我们的材料创新带来了‘新生’而不是导致‘幻灭’。”埃利彻说。

下一步，该团队计划通过采用智能技术进一步改进及优化这种材料，允许玻璃改变其属性，如颜色、力学和导电性等。

-End-

参考：1.AliAminietal.Science，373，6560，1229-1234（2021）DOI：10.1126/science.abf02772.https://www.mcgill.ca/newsroom/channels/news/unbreakable-glass-inspired-seashells-333730

上一篇：

下一篇：