华东师范大学孙得彦团队研究成果：Ca-Si-O网络玻璃体系中的类固态-类液态动力学交叉
引言
本研究采用分子动力学模拟方法，针对Ca-Si-O网络玻璃体系展开探究，围绕过冷液体中类固态-类液态动力学交叉现象，选取三种不同Ca含量的体系，在3个跨度达3个数量级的降温速率下开展淬火过程模拟。通过分析近邻原子对质心运动与相对运动的弛豫时间比值的温度演化规律，验证该动力学交叉现象在网络玻璃体系中的存在性，明确其与玻璃脆性的关联，为理解玻璃脆性的微观动力学机制提供全新研究视角。
文章基于华东师范大学孙得彦团队研究成果及国家重点研发计划项目、国家自然科学基金项目资助。
研究背景
玻璃形成液体快速降温至玻璃化转变温度与熔点区间时，会出现弛豫时间、黏性跨越多个数量级但结构无显著变化的动力学反常现象，动力学与热力学解耦始终是玻璃转变领域的核心难题。Angell提出的玻璃脆性分类方案已被广泛应用，但该特性的微观动力学起源尚未完全厘清。
过往研究仅在金属玻璃体系中发现了类固态-类液态动力学交叉现象，但该现象是否在网络玻璃等更广泛的玻璃体系中普遍存在，此前一直缺乏明确的验证结论。
创新亮点
（1）首次在Ca-Si-O网络玻璃体系中证实类固态-类液态动力学交叉现象存在，观察到过冷温区弛豫时间比值呈现非单调变化并出现明显极小值，据此推测该动力学交叉是玻璃形成液体的普适性行为。
（2）明确该动力学交叉几乎完全不受降温速率影响，即使降温速率相差3个数量级，极小值的位置和数值都几乎不发生变化，突破了过往仅对金属玻璃体系相关特性的研究局限。
（3）建立了动力学交叉程度与玻璃脆性的直接关联，证实Ca含量越高、Si-O网络破碎程度越高，玻璃脆性越强，类固态-类液态动力学交叉特征就越显著，为解释脆性背后的微观机制提供了新的维度。
（4）基于模式分解与势能面理论构建简化动力学模型，从集体运动与局域运动的竞争效应层面揭示了极小值的物理起源，完成了实验现象到理论逻辑的完整闭环。
图文展示
结语
Ca-Si-O网络玻璃体系的过冷温区中普遍存在类固态-类液态动力学交叉现象，该特性由局域运动模式与低能集体运动模式的温度演化竞争效应决定，直接反映了体系的网络拓扑结构与化学组分特征。该交叉现象的核心特征几乎不随降温速率变化，但会随Ca含量提升、Si-O网络破碎程度增加而显著增强，玻璃脆性与动力学交叉的显著程度呈正相关。该研究结论填补了网络玻璃体系动力学交叉研究的空白，为从多时间尺度分层视角解析玻璃转变的微观机制提供了重要的理论支撑。
引用本文
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文章发表于《功能材料》2026年第57卷第7期，欢迎引用本文：
严远昊,于汪昱,张点墨,等.Ca-Si-O网络玻璃体系中的类固态-类液态动力学交叉[J].功能材料,2026,57(7):35-40.
YAN Y H, YU W Y, ZHANG D M,et al.Solid-like and liquid-like dynamical crossover in Ca-Si-O network glasses[J].Journal of functional materials,2026,57(7):35-40.
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