玻璃吹制師手中的料棒正在火中旋轉(zhuǎn)，熔融的二氧化硅如蜂蜜般流淌

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要理解這項(xiàng)突破，需要先理清玻璃態(tài)物理中的兩個(gè)核心概念。

脆性（fragility）衡量的是液體冷卻時(shí)黏度隨溫度變化的陡峭程度。二氧化硅是"強(qiáng)玻璃"的典范：溫度降低時(shí)，其黏度平緩上升，允許工匠在較寬溫度窗口內(nèi)手工塑形。相比之下，普通聚合物屬于"脆性玻璃"，黏度曲線陡如懸崖，稍有溫差便固化，必須注塑成型。

弛豫譜則描述材料內(nèi)部應(yīng)力釋放的方式。理想情況下，分子弛豫應(yīng)遵循單一指數(shù)衰減；但實(shí)際玻璃中，不同區(qū)域的分子以不同速度運(yùn)動(dòng)，形成寬譜特征。傳統(tǒng)上，物理學(xué)家觀察到一條近乎普適的經(jīng)驗(yàn)規(guī)律：強(qiáng)玻璃形成體弛豫譜窄，脆性玻璃形成體弛豫譜寬。 這一關(guān)聯(lián)被視作玻璃態(tài)物質(zhì)的"天性"，暗示著微觀動(dòng)力學(xué)與宏觀黏度的深層耦合。

Van der Gucht團(tuán)隊(duì)研究的"復(fù)合離子體"改變了游戲規(guī)則。這種材料本質(zhì)上是聚合物網(wǎng)絡(luò)，但鏈間并非由永久共價(jià)鍵連接，而是通過(guò)疏水修飾的相反電荷基團(tuán)以離子鍵交聯(lián)。

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，冷卻過(guò)程中復(fù)合離子體表現(xiàn)出強(qiáng)玻璃特征：黏度平緩增加，理論上可無(wú)模加工。其弛豫譜卻寬得驚人，完全背離了"強(qiáng)-窄、脆-寬"的傳統(tǒng)對(duì)應(yīng)關(guān)系。

研究團(tuán)隊(duì)沒(méi)有止步于此。他們系統(tǒng)考察了離子液體、聚離子液體和離子聚合物等材料，發(fā)現(xiàn)所有含高密度電荷的玻璃形成體都呈現(xiàn)這種"反轉(zhuǎn)"關(guān)系：它們保持低脆性（強(qiáng)玻璃行為），卻擁有極寬的弛豫譜。

計(jì)算機(jī)模擬與理論建模（與格羅寧根大學(xué)、米蘭大學(xué)合作完成）揭示，根源在于靜電相互作用的長(zhǎng)程特性。這些長(zhǎng)程力顯著增強(qiáng)了材料的內(nèi)聚能，降低了熱膨脹系數(shù)，并從根本上改變了振動(dòng)弛豫模式。當(dāng)長(zhǎng)程靜電力主導(dǎo)時(shí)，玻璃形成的基本規(guī)則被重寫(xiě)。

這一發(fā)現(xiàn)動(dòng)搖了玻璃物理學(xué)的根基。數(shù)十年來(lái)，"脆性-弛豫"關(guān)聯(lián)被當(dāng)作近乎普適的定律，暗示所有玻璃形成體共享某種統(tǒng)一的微觀機(jī)制。新研究證明，這種"普適性"存在明確邊界：一旦長(zhǎng)程靜電相互作用介入，舊規(guī)則即刻失效。

從應(yīng)用角度看，這打開(kāi)了材料設(shè)計(jì)的新維度。通常，易加工性（低脆性）與強(qiáng)機(jī)械阻尼（寬弛豫譜）是一對(duì)矛盾：前者需要黏度平緩變化，后者需要復(fù)雜的能量耗散機(jī)制。復(fù)合離子體首次將兩者解耦，通過(guò)調(diào)節(jié)離子含量和聚合物架構(gòu)，可獨(dú)立控制黏度變化與機(jī)械弛豫。

這種可調(diào)性對(duì)振動(dòng)阻尼材料、軟體結(jié)構(gòu)組件意義重大。試想一種玻璃態(tài)材料，既能像傳統(tǒng)玻璃那樣吹制成復(fù)雜形狀，又能像高性能橡膠那樣吸收沖擊能量——這在過(guò)去是不可想象的。

中國(guó)科學(xué)家在離子玻璃形成體及相關(guān)軟物質(zhì)領(lǐng)域已有扎實(shí)積累。中科院物理所在非晶態(tài)物理（玻璃態(tài)）基礎(chǔ)研究方面長(zhǎng)期處于國(guó)際前沿，對(duì)玻璃轉(zhuǎn)變的微觀機(jī)制有深入探索。中科院化學(xué)所、清華大學(xué)高分子系在離子鍵合聚合物、離子凝膠的設(shè)計(jì)與合成方面取得系列進(jìn)展。

特別是在固態(tài)電解質(zhì)和離子導(dǎo)電彈性體方向，中國(guó)研究團(tuán)隊(duì)近年來(lái)成果顯著。例如，基于離子鍵構(gòu)建的自修復(fù)材料、可拉伸離子導(dǎo)體等，其設(shè)計(jì)理念與復(fù)合離子體高度相通——均利用離子鍵的動(dòng)態(tài)性與長(zhǎng)程作用調(diào)控材料性能。這些研究為理解離子玻璃的特殊行為提供了實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。

值得注意的是，中國(guó)在軟物質(zhì)物理領(lǐng)域的投入持續(xù)加大。國(guó)家自然科學(xué)基金委近年來(lái)重點(diǎn)支持"復(fù)雜流體"和"玻璃態(tài)物質(zhì)"研究，多家高校建立了軟物質(zhì)交叉研究中心。隨著這項(xiàng)荷蘭研究的發(fā)表，預(yù)計(jì)國(guó)內(nèi)將有更多團(tuán)隊(duì)關(guān)注靜電相互作用對(duì)玻璃化轉(zhuǎn)變的非平凡影響，特別是在離子液體和聚電解質(zhì)玻璃方面的系統(tǒng)表征。

這項(xiàng)研究提醒我們：即使是最成熟的經(jīng)驗(yàn)法則，也可能在特定化學(xué)環(huán)境下失效。電荷的介入不僅創(chuàng)造了一類(lèi)"雙面"材料，更揭示了玻璃態(tài)物質(zhì)未被充分探索的維度——長(zhǎng)程相互作用可以重寫(xiě)短程有序與動(dòng)力學(xué)之間的基本關(guān)系。

Sophie G. M. van Lange et al., Ionic glass formers show an inverted relation between fragility and non-exponential alpha-relaxation, Nature Communications (2026). DOI: 10.1038/s41467-025-68124-2

Jasper van der Gucht, Wageningen University & Research, Physical Chemistry and Soft Matter Group.