Science | 压力诱导下的玻璃结构转变

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在玻璃科学的发展进程中，温度一直被视为调控玻璃结构和性能的首要变量。从熔融状态到固态玻璃的转变过程中，温度决定了原子排列和网络连通性，进而影响玻璃的最终特性。特别是含有氧化硼的玻璃，如 硼硅酸盐玻璃 ，其短程原子结构对冷却速率表现出显著的敏感性。这种敏感性主要体现在硼原子配位环境的变化上 —— 随着冷却条件的不同，硼原子可在三配位（ BO₃ ）和四配位（ BO₄ ）状态之间转换，从而显著影响玻璃的最终性能。

核磁共振（ NMR ）技术作为一种成熟且强大的结构表征工具，为研究玻璃网络结构提供了无可替代的手段。通过直接测量 NMR 和其他光谱数据随温度变化的函数，或者间接比较经历不同冷却速率（热历史）的玻璃样品，研究人员已经获得了关于玻璃结构对温度响应的宝贵认识。

这些发现不仅推动了基础科学的进步，还为玻璃制造商提供了优化产品性能的新方法。例如，玻璃的退火工艺 —— 无论是艺术家出于增强成品耐久性的目的，还是制造商为减少翘曲和压实等物理缺陷 —— 都是基于对玻璃结构 - 性能关系的深入理解。

相较于温度的广泛研究，压力作为影响玻璃结构的另一关键变量，长期以来受到的关注相对较少。这种研究不平衡部分源于实验技术的限制 —— 在保持高压状态的同时进行原位结构表征 一直是实验物理学的重大挑战。传统上，对压力影响的研究主要采用 " 压缩后 " 分析方法，即先对玻璃施加高压，然后在卸压后检测材料的结构变化，这种方法必须假设压力对材料产生了持久的影响。

对玻璃和高压关系的研究兴趣最初主要来自地球科学家，他们通过这些研究寻求对火山学和岩浆过程的更深理解。近年来，高温高压装置的发展使研究人员能够在压力下从中等到高温冷却玻璃，开启了一个新的研究领域。然而，这类实验通常仅限于相当温和的压力条件（小于 1 GPa ），尤其是当需要处理足够大样品以进行综合表征时。

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