智能手機(jī)時(shí)代到來(lái)后，大屏甚至全面屏成為主流，在這些大屏上往往都有一層蓋板玻璃，這是因?yàn)椴ＡР馁|(zhì)在透光性、硬度、化學(xué)性能等多方面都很優(yōu)越，對(duì)手機(jī)的電容屏能起到很好的保護(hù)作用。

但是現(xiàn)在絕大部分手機(jī)為了視覺(jué)效果，它們的邊框?qū)挾榷急粔嚎s到極致，這樣在手機(jī)不小心摔落時(shí)就就很難給予玻璃屏幕足夠的保護(hù)和緩沖。就算日常中偶爾掉地上了沒(méi)出事，也很難保證次次都不會(huì)碎裂——萬(wàn)一真發(fā)生了，不僅心疼同時(shí)錢(qián)包也疼。

消費(fèi)者這種顧慮，無(wú)論是廠(chǎng)商還是科研者都有看在眼里，于是這幾年蓋板玻璃真的被玩出了許多新花樣。比如說(shuō)去年下半年就有報(bào)道，中國(guó)科學(xué)院過(guò)程工程研究所研究員李建強(qiáng)團(tuán)隊(duì)在國(guó)際科學(xué)期刊《細(xì)胞》（Cell）子刊iScience上發(fā)表成果，稱(chēng)研制出一種在硬度、模量和斷裂韌性等指標(biāo)上遠(yuǎn)超美國(guó)康寧公司的“第六代大猩猩玻璃”，在蓋板玻璃（電子產(chǎn)品觸控面板玻璃）領(lǐng)域具有重要的潛在應(yīng)用的氧化物高熵玻璃。這到底是何方神圣呢？

“高熵”指什么？

在了解高熵玻璃前，我們先來(lái)了解“熵”的概念。熵（Entropy）是德國(guó)物理學(xué)家克勞修斯 R. Clausius）于十九世紀(jì)中葉為了闡明熱力學(xué)第二定律提出的用于描述系統(tǒng)混亂度的一個(gè)量度皿。在某個(gè)系統(tǒng)中，熵越高，則混亂度越大。混亂度越大，表面上就意味著越“動(dòng)蕩”。這似乎與人類(lèi)對(duì)規(guī)則與有序向往背道而馳。因此，許多研究領(lǐng)域的研究者并不希望所研究的系統(tǒng)具有過(guò)高的熵值。

然而，在材料研究領(lǐng)域卻出現(xiàn)了相反的結(jié)論——有研究者最早在某些具有較高炳值的等摩爾分?jǐn)?shù)、多組元（組元數(shù)n≥5）合金（簡(jiǎn)稱(chēng)為高熵合金）發(fā)現(xiàn)原子不易擴(kuò)散，因此合金中會(huì)形成具有高熱穩(wěn)定性的固溶相納米結(jié)構(gòu)或直接形成非晶態(tài)。相對(duì)于傳統(tǒng)合金，高熵合金可具有更加優(yōu)良的比強(qiáng)度、高溫力學(xué)性能、延展性、低溫?cái)嗔秧g性、超順磁特性以及超導(dǎo)特性。

高熵合金即使添加多種金屬也不會(huì)脆化

說(shuō)白了就是，高熵材料與常規(guī)材料體系相比，具有更高的混亂度。而這種混亂度在某些方面可以打破常規(guī)，從而產(chǎn)生一些意想不到的性能。與傳統(tǒng)材料相比，高熵材料作為一種全新的材料體系，在力學(xué)、物理和化學(xué)性能等方面表現(xiàn)出了更獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。因此高熵概念得以進(jìn)一步在陶瓷及金屬間化合物等領(lǐng)域中發(fā)展，如今已成為國(guó)際材料學(xué)術(shù)界的重要研究熱點(diǎn)之一。

高熵玻璃的誕生

目前蓋板玻璃市場(chǎng)的主流是鈉鈣玻璃和高鋁玻璃，為了提高它們的硬度、模量和斷裂韌性，在生產(chǎn)過(guò)程中通常需要進(jìn)行化學(xué)強(qiáng)化處理。強(qiáng)化后的玻璃由于表面應(yīng)力層的存在，在硬度、模量和斷裂韌性上有一定提升，但是這種后處理方法限制了玻璃形狀的后期設(shè)計(jì)，玻璃一旦進(jìn)行化學(xué)強(qiáng)化就很難再加工。

但與兩者不同，高熵玻璃是本征上就具有高硬度、高模量和高斷裂韌性的玻璃，性能指標(biāo)如下：硬度（12.58 GPa）、模量（177.9 GPa）、斷裂韌性（1.52 MPa·m0.5）和良好的可見(jiàn)光—近中紅外波段透過(guò)性（最大86.8%）。其制備的關(guān)鍵就在于創(chuàng)新的成分設(shè)計(jì)及制備方法。

高熵玻璃的硬度（12.58 GPa）和模量（177.9 GPa）遠(yuǎn)超第六代大猩猩玻璃

①成分設(shè)計(jì)

不同于高鋁玻璃和鈉鈣玻璃兩者都含有較多的，在一定程度上會(huì)限制玻璃新體系開(kāi)發(fā)和性能提升的網(wǎng)絡(luò)形成體（如SiO₂、B₂O₃），高熵玻璃由于不含網(wǎng)絡(luò)形成體且引入了高熵材料設(shè)計(jì)理念，因此成分設(shè)計(jì)自由許多，可在玻璃中加入氧化鈦、氧化鋯等能夠改變微觀配位數(shù)的組元，共同組成玻璃的主體。所以高熵玻璃在微觀結(jié)構(gòu)上與傳統(tǒng)玻璃的最大不同在于具有較高的配位數(shù)，由此可以帶來(lái)優(yōu)異的性能。

②制備方法

高熵玻璃的形成能力較低，冷卻過(guò)程中易析晶且熔點(diǎn)較高，用傳統(tǒng)的熔融冷卻法比較難制備。為解決問(wèn)題，研究人員合理選取多主元組分，并采用“激光加熱熔化—無(wú)容器凝固”方法來(lái)熔化氧化鋯等超高熔點(diǎn)物質(zhì)。研究人員介紹，由于樣品制備過(guò)程中處于懸浮狀態(tài)，可以有效抑制接觸容器壁形成的非均勻形核，進(jìn)而抑制析晶，同時(shí)激光加熱具有快熱快冷的優(yōu)點(diǎn)，可以使熔體達(dá)到深過(guò)冷狀態(tài)并實(shí)現(xiàn)快速凝固，從而解決玻璃樣品制備的難題。

距離商業(yè)化還有較長(zhǎng)的路

不過(guò)這種高熵玻璃雖然比第六代大猩猩玻璃的各項(xiàng)指標(biāo)提高約1倍，但由于蓋板玻璃的抗摔程度綜合反映了脆性和斷裂韌性參數(shù)，和硬度也有一定的關(guān)系，因此并不能簡(jiǎn)單地等同于“抗摔性翻倍”。而且高熵玻璃要想走向市場(chǎng)，除了以上這些性能需達(dá)標(biāo)且有較好的均衡外，電學(xué)性能（如導(dǎo)電率、靈敏度、介電常數(shù)等）、制備工藝的復(fù)雜程度以及生產(chǎn)成本也是要考慮進(jìn)去的。

盡管如此，高熵玻璃仍然對(duì)電子玻璃行業(yè)具有重要意義。在智能手機(jī)、筆記本電腦、平板電腦和可穿戴設(shè)備需求不斷增長(zhǎng)的今天，高熵材料的設(shè)計(jì)理念無(wú)疑為廣大廠(chǎng)商提供了一個(gè)與眾不同的設(shè)計(jì)及生產(chǎn)思路，就讓我們繼續(xù)期待他們未來(lái)還將有什么樣的成果吧！

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