832 / 2022-07-06 11:27:46

微观尺度下熔石英玻璃摩擦诱导亚表面化学结构变化

在精密制造和使用过程中，熔石英光学元件表面极易出现表面损伤，这些损伤会降低熔石英玻璃的力学性能进而制约其使用寿命和可靠性，因此，探明熔石英玻璃表面的损伤机制对于提升其使用寿命和可靠性至关重要。通过纳米级红外光谱和反应力场分子动力学模拟，深入分析了熔石英玻璃表面纳米压痕和纳米划痕的亚表面化学结构变化。结果表明，在熔石英表面形貌完全回复的弹性变形条件下，熔石英亚表面的化学结构出现了平均Si-O键长的增加。而在塑性变形区域，熔石英亚表面出现了致密化现象，其平均Si-O键长大于原始玻璃，表明熔石英分子体积的降低伴随着的是Si-O键长的增加，而非Si-O键长的降低。这些实验结果表明材料的化学结构变化并不能仅仅依据材料表面形貌的变化。