自愈玻璃听起来像是一个科幻概念，但中佛罗里达大学的新研究表明它更接近现实。在《材料研究学会公报》上发表的一项新研究中，佛罗里达大学光学与光子学学院(CREOL)飞马教授凯瑟琳·理查德森与来自克莱姆森大学和麻省理工学院的同事研究了一种特殊硫属化物玻璃在暴露于伽马射线后所表现出的惊人的自愈能力。

硫属玻璃由硫属元素(硫、硒和碲)与锗或砷等元素合金组成，可形成可用于传感器或红外镜头的光学玻璃材料。

作为两所大学共同研究的一部分，理查森(UCF玻璃加工和特性实验室(GPCL)主任)和她的合作研究员在测试一种由锗、锑和硫制成的用于卫星电路系统的特定硫属化物玻璃时观察到了这种独特的转变。当暴露在类似于太空中可能遇到的伽马射线下时，玻璃会产生微观缺陷，这些缺陷随后在室温环境中随着时间的推移得到修复。

这种自修复玻璃可用于可能暴露于极端环境(伽马射线可能普遍存在)的设备或仪器，例如太空或放射性设施。这项研究还为更广泛种类的硫属化物玻璃的自修复过程的微观起源提供了基础知识。

理查森说，为了进行这项研究，佛罗里达大学中部的研究人员测量了原始元素材料的数量并制造了硫属化物玻璃。

她说，这个过程必须精确，并且UCF实验室高度专业化，以确保玻璃不会暴露在湿气、氧气或其他污染物中。

“我们将材料放入熔炉中，将它们熔化成玻璃状态，”理查森说。“一旦熔化，玻璃就会从这些管子中破碎出来。这个特殊的项目将熔化的玻璃送到麻省理工学院，在那里他们用这些材料制成薄膜。”

她说，由于传统材料变得稀缺且价格昂贵，人们对利用这种专用玻璃用于红外系统的需求日益增加。

“人们越来越多地关注具有与锗等晶体相似的光学透明度的玻璃，这些玻璃可以根据其成分和特性进行设计，以用于可能使用锗的应用，”理查森说。“这些玻璃在系统中的应用越来越多，社区正在寻找过去使用的一些晶体解决方案的替代品。”

她说，这些玻璃与窗户玻璃或眼镜等传统玻璃不同。

“这些玻璃不含氧，这就是它们在红外波段的特殊之处，”理查森说。“它们是由元素周期表最右侧的元素构成的。当它们结合在一起时，它们会形成非常红外透明的材料，但原子非常大，键也很弱。”

她说，“自我修复”的概念源于这些键在受到辐射时发生扭曲的能力。

“由于它们是大原子和弱键，随着时间的推移，这些键可以松弛并从这种扭曲的排列中重新形成，从而愈合，”理查森说。“所以，自修复玻璃的概念是，当我们的实验暴露于高能辐射时，这些键会扭曲或断裂。随着时间的推移，室温足以修复这些键，使结构能够自我修复。”

除了庞大的合作者网络之外，她还与前UCF同事和研究科学家MyungkooKang合作，分析了材料在辐射暴露前后的光学特性。

康先生最近成为阿尔弗雷德大学稻盛工程学院陶瓷工程助理教授，他很感激在中佛罗里达大学获得的经验。

“通过培训，我成为众多由联邦政府和工业界资助的多所大学研究项目的PI、联合PI或分包商，”他说。“经历这些高级学术活动最终让我做好了成为教师的准备，我开始了一段新的学术旅程。”

康说，从这次自修复玻璃实验中获得的知识为未来探索其他潜在自修复硫属玻璃的特性和用途的研究机会铺平了道路。

“展望未来，我的新研究小组旨在开发辐射诱导的新型陶瓷以及原位微观结构和光学计量方法，作为实现超快速轻量光学平台的途径，”他说。“我的研究以硫属化物陶瓷中的辐射效应为主题，取得了如此具有影响力的成果。”

Kang将他和Richardson研究的硫属化物玻璃材料比作一碗“汤”，其中硫、硒和碲是基底。锗、砷和锑是“调料”，可以混合或制成合金，以调整玻璃的性质。

理查森、康和其他科学家调制并测试的特殊玻璃证明，其在伽马射线照射下引起的变化和伽马射线照射后的恢复是一致且可重复的，康说。

他说：“这一发现有力地表明，该材料系统可以作为一种坚固的、可逆的辐射传感器，应用于伽马射线极其丰富的极端环境，如太空和地面放射性设施。”

康表示，除了令人鼓舞的结果之外，这项研究最令人欣慰的部分之一是大学之间的合作与协调。

“样品在不同地点之间来回运送，如果没有我们团队成员的投入和热情，这项工作是不可能完成的，”他说。“这项工作是近五年团队努力的成果。我很高兴看到这项工作终于有了成果。”