“理想玻璃”是最近来比较热门的一个名词，但对于什么是“理想玻璃”的概念，可能有很多人并不很清楚，还有人认为，所谓“理想玻璃”就像和“理想晶体”一样，是没有缺陷的玻璃。

那么到底什么是“理想玻璃”呢？我们今天就来简单地聊一下。

话题还得从玻璃的制备说起。我们知道，传统的玻璃都是将原料在高温下熔化后，通过降温固化所得到的。熔体在降温固化的过程中存在两条途径。一条是结晶。在熔点温度下发生相变，凝固成晶体，内部原子或离子都按一定的规则有序排列在固定的位置上。这是一个是突变的过程，如体积V、内能、熵等状态函数在熔点处会突然下降。另一条就是玻璃化，即通过连续的非平衡过程，凝固成非晶态或玻璃态，其内部结构基本保持液体时的无序状态，可看成是过冷的液体。从途径上看，玻璃化是一个则是连续的过程，如体积V、熵等状态函数会在一个较大的温度范围内连续地改变。

熔体玻璃化过程中，有一个重要的温度点，叫玻璃转变温度Tg。这个温度点不是固定的，冷却速度有关，冷却越快，Tg也越高，对应的玻璃的内能、熵值也越高。反之，冷却速度越慢，Tg也越低，对应的玻璃的内能、熵值也越低。

众所周知，玻璃是处于亚稳定状态，相同温度下其内能和熵都比同组成的晶体要高。但是，按照上面的分析，如果让Tg不断下降，其熵值也会不断降低。那么，有没有可能存在这么一种状态，即玻璃的熵值和晶体的熵值相等甚至更低呢？如果可能的话，就意味着液相与稳定有序的晶体相的熵相等甚至还低。显然，这是违反热力学定律的，因此从理论上看就不可能。因此，Tg的最低温度存在一个极限。在这个极限处，液相与晶体相的熵值差为0。这个温度被称为Kauzmann温度（TK），过冷液态物理上不能在TK以下存在。在理论上，将在TK温度下发生的玻璃化转变称为理想玻璃转变，而这种转变所得到的玻璃即为“理想玻璃”。 

虽然从理论上看，获得“理想玻璃”似乎不太可能，但人们在实验中制备“理想玻璃”的努力却一直没有中断过。人们发现，如果通过传统的熔体降温工艺来制备“理想玻璃”的可能性几乎为零。因为需要的时间太长，有人估计所需的退火时间长达几百万年。但是，新型的玻璃制备工艺如蒸镀、溅射、沉积等却为“理想玻璃”或类“理想玻璃”的制备提供了条件。2007年， Science上发表了一篇论文， 有人采用物理蒸镀的方法制备了一种接近于“理想玻璃”的“超稳定玻璃”，其密度比普通玻璃密度高2~4％，焓降低~20 J/g。最关键的是，只花了1h左右的时间。而如果采用普通玻璃退火，估算需要1000~1000000年！

为什么这些新型工艺有可能获得这种近似于“理想玻璃”的材料呢？这是因为这些工艺制备出的主要是非晶态薄膜。其表面原子的扩散比体扩散快大约106倍。这使得非晶能在较短时间内弛豫到稳定的低能态，从而表现出很高的稳定性。

“超稳定玻璃”的研究如今已经成为玻璃研究的热点。人们发现，这种新型的玻璃具有很多普通玻璃所不具备的特点。比如更大的密度、更高的弹性模量和强度等等。因此也就意味着其存在着与普通玻璃不一样的应用场景和应用价值。关于这方面的知识，我们有机会再聊吧。