液態玻璃：或許是對玻璃制備的一次顛覆！

玻璃是一種重要的材料，具有優異的性能，廣泛用于科學，工業和社會等領域中。但是，玻璃成型通常需要使用危險的氫氟酸進行濕法化學蝕刻，處理起來有一定的困難，這是玻璃的一大缺點。

最近Bastian E. Rapp， Frederik Kotz和卡爾斯魯厄理工學院的研究團隊發現了一種新材料——“液態玻璃”（LiqGlass）。這是一種有粘性可自由流動的納米復合材料，含無定形氧化硅，氧化硅在室溫時使用聚二甲基硅氧烷（PDMS）制成的軟模具即可將液體玻璃成型，然后固化的液體玻璃通過熱脫脂和燒結轉化為高密度高品質的固態玻璃。這種方法形成的玻璃在化學上和物理上都與商業熔凝法生產的石英玻璃相同。使用液態玻璃能夠把由特征尺寸為數十微米和粗糙度為幾個納米的材料制成的任何物體迅速且便利地轉變為玻璃。液態玻璃也可以制造復雜的物理結構，如三維封閉腔，微流通道等。

研究人員認為液態玻璃是讓玻璃成為實驗室環境下的快速成型材料，并讓玻璃可以作為增材制造的原材料的重要一步。無害的制備工藝，加上無需潔凈室設備，用液態玻璃制造典型的微流控芯片僅需10歐分。

圖文導讀：

圖1：液態玻璃制造工藝流程圖

1）將無定形氧化硅納米粉末分散于光敏樹脂基體中形成分散系。

2）把液態玻璃澆鑄到PDMS模板中，之后用紫外線固化。

3）如果要形成多層玻璃，用局部固化的方法使已固化的玻璃板粘合起來 。

4）通過熱脫脂去除有機粘合劑。

5）燒結粉末化合物形成高度透明且致密的玻璃結構。

圖2：液態玻璃的性能表征

液態玻璃的收縮具有各向同性；表面粗糙度低；且在燒結過程中不發生脫玻作用。

a）白光干涉表明零部件在燒結和在高復制保真過程中的收縮具有各向同性。

b）與商業石英玻璃和鈉鈣玻璃相比，燒結的液態玻璃在大氣和真空條件下的紫外線透射光譜。

c）AFM測示表明其表面粗糙度低R_q=5.92 nm。

d）燒結液態玻璃的X射線衍射表明燒結過程中沒有發生脫玻作用。

圖3：用液態玻璃制造的各種物體

液態玻璃具有優良的成型性能及耐化學性。

a）餅干（比例尺：7mm）和硬幣（比例尺：4mm）被成功復制轉變為玻璃。b)掃描電子顯微鏡（SEM）呈現的燒結玻璃的光學投影圖（比例尺：15mm）以及比例尺為35mm的視野輪廓。從SEM圖可以看出，結構中沒有可見裂紋。

c）制造綠色部分中的多層玻璃系統（比例尺：5mm）：1）用三層玻璃構件“漢諾塔”2）倒置過來，再構件四層

d）由兩層玻璃形成的微流體玻璃芯片（比例尺：4mm）。局部放大示意圖顯示了芯片的邊緣和結合情況。

e）溶解在二甲基甲酰胺（DMF）（黃色）和鹽酸（HCl）中的毛細管填充物和溴百里酚藍（BTB）的混合物表明燒結的液態玻璃具有優良的耐化學性。 pH變化導致顏色從黃色變為紫色。這些管道由具有高保真度且垂直性好的玻璃構成且結合良好（比例尺：350mm）。

論文地址：Liquid Glass: A Facile Soft Replication Method for Structuring Glass。

感謝材料人編輯部王宇提供素材