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为探究等离子体与脆性材料在动态加载下的相互作用，研究人员以玻璃为对象，开展脉冲微波等离子体射流（PMPJ）对玻璃影响的研究。他们构建扩展 Griffith 模型，发现热加载和冲击弱化影响断裂，该成果有助于脆性材料精密加工。
在材料科学领域，玻璃作为一种广泛应用于光学、电子和建筑等诸多方面的脆性材料，一直备受关注。然而，玻璃在受到外界作用时，极易发生脆性断裂，导致其在实际应用中的可靠性面临挑战。等离子体，这一被称为物质第四态的神奇存在，由带电和中性粒子组成，能引发多种化学和物理过程。近年来，非平衡等离子体在表面改性等领域大显身手，但等离子体与脆性材料在动态加载条件下的相互作用机制，却如同迷雾，让人难以捉摸。
在研究玻璃的断裂行为时，以往虽有不少成果，可对于等离子体诱导玻璃发生机械和热相互作用的情况，尤其是这些作用如何影响玻璃的断裂起始与扩展，相关研究少之又少。而且，脉冲微波等离子体射流（PMPJ）会产生高应变率，能让玻璃迅速局部加热、熔化和淬火，形成复杂的断裂图案和独特的表面形貌，但其中具体的作用机制依旧是未解之谜。
为了揭开这些谜团，推动脆性材料加工技术的进步，研究人员踏上了探索之旅。他们构建了一个扩展的 Griffith 断裂模型，将 PMPJ 的关键参数功率（P）和脉冲频率（f）融入其中，还把瞬态热效应纳入经典的能量释放率准则，对玻璃在 PMPJ 作用下的断裂行为展开深入研究 。这一研究成果意义非凡，相关论文发表在了《Applied Materials Today》上。
研究人员采用了多种技术方法来开展这项研究。他们自制了 PMPJ 系统，利用该系统产生的等离子体脉冲冲击玻璃试样。通过高速成像、扫描电子显微镜（SEM）和原子力显微镜（AFM）等技术，观察玻璃的裂纹扩展和微观结构变化。同时，运用 COMSOL 软件进行模拟，与实验结果对比分析，从而深入探究 PMPJ 对玻璃断裂行为的影响机制。
裂纹图案和断裂形态
PMPJ 处理在玻璃片上制造出了复杂的断裂图案。热应力和机械应力相互作用，产生了独特的微观结构特征，比如纳米阵列和纤维细丝，这些都证明了在高应变率下能量耗散机制的启动。不过，由于 PMPJ 冲击时应变率极快，难以直接测量。
结论
研究提出的扩展 Griffith 断裂模型，整合了等离子体特定参数（P、f）和热效应（ΔT ），可以定量描述 PMPJ 诱导的玻璃断裂行为。该模型与 COMSOL 模拟的σ值有 57.9% 的一致性，显示出强大的预测能力，虽然直接的实验验证有待未来完成，但已经展现出巨大的潜力。
总的来说，这项研究通过建立扩展的理论模型，深入剖析了 PMPJ 作用下玻璃的断裂机制，明确了快速热加载和冲击诱导弱化在控制断裂形态和应力（σ ）演变中的关键作用。这不仅加深了人们对等离子体诱导应力和裂纹动力学的理解，更为脆性材料如岩石等的精密加工技术发展提供了新的理论依据和方向，在材料科学和工程领域具有重要的理论和实践意义。
