【新聞中心訊】燕山大學(xué)亞穩(wěn)材料制備技術(shù)與科學(xué)國家重點實驗室溫斌教授、張利強研究員聯(lián)合香港大學(xué)陸洋教授團隊成功研究出一種用于納米級非晶態(tài)二氧化硅（石英玻璃）的電子束輔助冷焊技術(shù)。相關(guān)成果以“Nanoscale cold welding of glass”為題發(fā)表于期刊《Matter》。論文鏈接： https://doi.org/10.1016/j.matt.2024.09.004。

該技術(shù)能夠?qū)⑹⒉ＡЪ{米球在室溫下直接焊接，焊接后的接頭強度、成分和結(jié)構(gòu)與原始石英玻璃相同，焊接后的直徑與原始石英玻璃納米球的直徑相同甚至更小。利用該方法還能夠組裝不同形狀的石英玻璃納米結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)精度僅受原料粒子尺寸的影響。該技術(shù)有望應(yīng)用于超高精度的3D打印，為納米級玻璃器件的精密增材制造提供了可能。

圖1 石英玻璃冷焊示意圖、焊接過程與復(fù)雜結(jié)構(gòu)石英玻璃納米球的冷焊自組裝

圖2 焊接點的界面形成過程及拉伸力學(xué)性能測試

圖3 氣氛對于焊接速度的影響機制研究

圖4 石英玻璃納米球冷焊過程的熱激活和力激活機制示意圖

非晶態(tài)二氧化硅（石英玻璃）具有優(yōu)異的光學(xué)透明度、熱穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性和良好的機械性能，是現(xiàn)代工程應(yīng)用領(lǐng)域（微光學(xué)、納米流體學(xué)、納米光子學(xué)和納米機電系統(tǒng)等）中的一種重要材料。隨著工業(yè)的進步，對納米玻璃加工精度的要求日益增長。盡管已經(jīng)開發(fā)了2D掩模光刻、熱氧化、三維光刻、直接油墨寫入和數(shù)字光處理等各種玻璃加工技術(shù)，但這些工藝很難達到200nm以下的加工精度。其主要原因是這些技術(shù)依賴于前驅(qū)體的熔化，這不可避免地會導(dǎo)致玻璃嚴重團聚，大大降低了焊接加工精度。迄今為止，納米玻璃的高精度焊接加工仍是一個重大挑戰(zhàn)。

為提高納米玻璃的焊接加工精度，研究組提出了一種用于納米石英玻璃的電子束輔助冷焊技術(shù)。石英玻璃在室溫下一般是脆性材料，在高溫時才具有延展性。但他們發(fā)現(xiàn)，在電子束輻照下，石英玻璃即使在室溫下也具有很好延展性。基于這樣的發(fā)現(xiàn)，他們在球差校正環(huán)境透射電子顯微鏡（ETEM）中，通過電子束輻照和環(huán)境氣氛的調(diào)控，實現(xiàn)了石英玻璃納米球室溫快速冷焊接。能夠?qū)⑹⒉ＡЪ{米球在室溫下直接快速焊接，焊接后的接頭強度、成分和結(jié)構(gòu)與原始石英玻璃相同，其焊接精度與原始石英玻璃納米球直徑相當。利用該技術(shù)，研究組還實現(xiàn)了多種復(fù)雜結(jié)構(gòu)石英玻璃納米球的冷焊自組裝，且能保持超高的焊接加工精度。論文通訊作者是溫斌、陸洋、張利強；第一作者是郭云娜、崔晗濤。（編輯 高慧淵）