拓扑约束理论与玻璃的刚性

拓扑约束理论已成为一种日益流行的工具，用于预测玻璃性能的组分依赖性，或 pinpoint（精确定位）具有定制功能的有前景的组分。该方法将复杂的无序网络简化为更简单的机械桁架。由此，拓扑约束理论抓住了控制宏观性质的重要原子拓扑，同时滤除了次要的二阶结构细节。因此，拓扑约束理论可用于解码玻璃的基因组，即识别并阐释玻璃的基本结构构筑单元如何控制其工程性质——正如人类基因组提供作为个体生长发育蓝图的资讯一样。凭借其优雅与简洁，拓扑约束理论已促成多种基于物理的模型的发展，这些模型可解析地预测玻璃的各种性质。在本章中，我介绍玻璃科学的一些一般背景、原子刚性的概念以及拓扑约束理论。针对各类典型玻璃给出了拓扑约束计数方案，并用于理解其玻璃形成能力的起源。最后，综述了可实现玻璃性质预测的各种拓扑模型，重点聚焦于硬度、断裂韧性、黏度、脆度、玻璃转变温度与溶解动力学。