多组分铝硅酸盐玻璃网络结构与黏弹流变特性的构效关系研究

针对柔性玻璃成型过程中因黏度-温度参数失配导致的翘曲、颈缩等问题，研究人员系统研究了Al/(Si+Al)比例（0.37-0.52）对玻璃网络结构及黏弹流变性能的影响。发现提高Al/(Si+Al)比例可增强网络连通性，使玻璃转变温度Tg（661.8–690.2 °C）、软化温度Td（725.5–744.9 °C）和高温黏性活化能VAE（165.02–190.13 kJ/mol）显著提升，同时热膨胀系数CTE在比例0.45时达最低值7.196×10–6 1/K。该研究为优化玻璃成型工艺提供了关键理论依据。

　　

在智能手机和电子设备保护玻璃领域，铝硅酸盐玻璃因其高硬度、抗冲击等特性成为首选材料。然而，其生产过程中常出现翘曲、颈缩等缺陷，根源在于玻璃熔体黏度与拉伸成型参数不匹配导致的内部应力不均。这一问题的本质与玻璃的黏弹流变行为密切相关，而Al₂O₃/SiO₂比例对玻璃网络结构的调控机制尚未明晰。为此，中国的研究团队通过精确调控Al/(Si+Al)比例（0.37-0.52），系统探究了其对多组分铝硅酸盐玻璃结构-性能关系的影响，相关成果发表于《Journal of Non-Crystalline Solids》。

研究采用熔融法制备五组不同Al/(Si+Al)比例的玻璃样品（AS1-AS5），通过²⁹Si/²⁷Al核磁共振(NMR)解析网络结构，结合热膨胀仪、旋转流变仪等设备测定T_g、T_d、CTE及黏弹参数，并采用MYEGA方程拟合黏度-温度曲线。

【Glass structure】
²⁹Si NMR显示所有样品在-85至-81 ppm出现宽峰，证实玻璃网络的无序特性。随着Al/(Si+Al)比例从0.37增至0.52，非桥氧(NBO/T)含量从0.56降至0.39，表明[AlO₄]四面体取代[SiO₄]后增强了网络交联度。²⁷Al NMR证实Al³⁺主要以四配位形式存在（占比>85%），少量五配位Al随比例增加而减少。

【Viscoelastical-rheological properties】
黏弹测试显示：当Al/(Si+Al)=0.45时，CTE达最小值7.196×10^–6 1/K；比例继续增加则因网络刚性过强导致CTE回升。损耗角tanθ和松弛时间呈非单调变化：在比例0.41时出现最低值（tanθ=0.34，τ=0.0516 s），而在0.49时显著升高（tanθ=3.17，τ=0.2014 s），表明单纯网络连通性无法完全解释黏弹行为。

【Conclusions】
该研究揭示Al/(Si+Al)比例通过调控[AlO₄]四面体连接方式影响玻璃性能：比例提升增强网络连通性，使T_g、T_d、VAE线性增加，但CTE、脆性指数m和操作温区ΔT_x存在极值点。特别发现黏弹参数与网络连通性呈非线性关系，为理解玻璃成型过程中的应力弛豫机制提供了新视角。这些发现对优化柔性玻璃成分设计、解决成型工艺难题具有重要指导意义。