为探究ZnO·Al2O3·nSiO2玻璃抗裂纹萌生能力(CR)随SiO2含量变化的演化规律，制备了一系列不同n值(n=2，2.35，2.5，2.65，3，3.5)的样品。基于CR和结构表征发现，CR随着n的增加呈先增大后减小的反常演化，并于n=2.5时出现极值(31.1 N)。这是源于随着n增大：(1)原子堆积份数逐渐减小，可致密化体积逐渐增加，从而导致CR逐步提高；(2)Al—O多面体结构单元含量逐步减少，导致CR逐步下降；(3)考虑到相界面对裂纹生长的强阻挡能力，中程异构分相(富Al和富Si相)致相界面数量呈先增多后减少的变化趋势，导致CR产生类似的非单调演化。上述三个因素的竞争和协同作用是该体系中CR呈反常演化的结构起源，但考虑到极值点附近较小的组分变化，中程异构致相界面数量随n增加呈现的非单调演变才应是CR呈反常演化的主要结构根源。

玻璃经常在溶液或者潮湿环境下使用，水的侵蚀会影响玻璃的物理和化学性质，甚至导致玻璃失效。近年来，通过采用多尺度计算机模拟方法，对简单玻璃体系与水相互作用过程和分子尺度反应机理的认识取得了较大进展。本文聚焦石英玻璃、钠硅玻璃和钠硼硅玻璃三个简单的模型玻璃体系，在阐明其耐水性起源的基础上，概述了玻璃与水分子相互作用过程和机理的最新进展，对进一步理解复杂体系玻璃的耐水性和开发新的功能玻璃具有重要的参考价值。

作为重要的透明微晶玻璃体系，含镁锌的铝硅酸盐玻璃展现了优异的力学、光学特性。大量研究关注该体系的核化和晶体生长过程，但锌镁替换对铝硅酸盐玻璃玻璃转变和晶化行为影响的物理机理尚不明晰。本研究以xZnO·(11-x)MgO·22Al2O3·67SiO2(x%=0%,2.2%,5.5%,8.8%,11.0%，摩尔分数)玻璃为研究对象，探究锌镁替换对铝硅酸盐玻璃的玻璃转变和晶化行为的调控规律。结果表明：随着锌逐步替换镁，玻璃转变温度慢慢下降，这是由于Zn2+较弱的场强和多一个电子层的屏蔽作用，玻璃网络骨架整体键合强度降低；析出晶相从单一的莫来石相转变为莫来石与锌铝尖晶石的混合相，这是由于Zn2+具有促进铝硅酸玻璃分相的作用；析晶温度降低，这主要是由于析晶温度附近黏温曲线变得更陡峭和析晶活化能降低。

为探究准二元铝硅玻璃硬度和抗碎裂性随组分变化的结构起源, 采用激光加热气动悬浮技术, 制备了组分为xAl2O3·(100-x)SiO2 (30≤x≤63, 摩尔分数)的系列玻璃样品。利用显微维氏硬度仪对玻璃的硬度、抗碎裂性进行了详细表征。结果表明: 随着Al2O3含量增加, 玻璃硬度逐渐升高, 于x=63时硬度最大(8.94 GPa); 而玻璃的抗碎裂性随Al2O3含量的增加呈现非线性变化, 并于x=63时出现最大的抗碎裂性(19.49 N)。结构解析发现: 随着Al2O3含量增加, 原子堆积密度和平均场键能密度的升高是导致玻璃硬度上升的原因; 存在分相的玻璃中相界面可有效提升玻璃的抗碎裂性能, 而单相均匀玻璃中Al含量的提升亦会明显提升玻璃的抗碎裂性, 这两者之间的协同和相互竞争是准二元铝硅体系玻璃抗碎裂性出现非线性变化的结构根源。莫来石相区组分的玻璃结构类似, 抗碎裂性未发生明显的变化。

为探究过铝区碱土铝硅酸盐玻璃随碱土离子替换硬度(HV)和玻璃转变温度(Tg)的演化规律及结构起源, 采用激光加热气动悬浮技术, 制备了摩尔组成为xRO·(49-x)Al2O3·51SiO2 (x=0~16; R=Mg, Ca, Sr, Ba)的系列碱土铝硅酸盐玻璃样品。采用显微维氏硬度仪、差示扫描量热法(DSC)分别对样品的维氏硬度(HV)和玻璃转变温度(Tg)进行了表征。结果表明: RO含量固定, 随着R2+场强变大, 玻璃的HV升高, Tg下降; RO种类固定, 随着RO对Al2O3替换量的增加, 玻璃的HV和Tg均下降, 49Al2O3·51SiO2玻璃具有最高的HV (8.26 GPa)和最高的Tg (941 ℃)。结构解析发现: 玻璃网络骨架的堆积密度、平均键能、键能密度以及作为电荷平衡体的填隙离子对玻璃HV和Tg提升或削弱的相互竞争和协同作用, 是玻璃的HV和Tg随R2+的场强变化呈现反向演化、随RO对Al2O3替换呈现同向演化的结构根源。

采用热诱导法制备了GeS2-Ga2S3-CdS硫系微晶玻璃,X射线衍射(XRD)、透射光谱、扫描电子显微镜(SEM)测试结果表明,获得了含CdGa2S4微晶的透明表面微晶玻璃。采用Maker条纹法研究了微晶玻璃的二次谐波(SHG)效应,结果表明玻璃中的CdGa2S4微晶诱导了二次谐波效应的产生。CdGa2S4微晶在玻璃表面择优生长时,破坏玻璃的各向同性,可获得两个包络的Maker条纹,且入射角在±(35°～50°)左右时,二次谐波的相对强度出现最大值,二阶非线性强度最大可为α-石英单晶的8倍;CdGa2S4微晶在玻璃表面无择优生长时,由于玻璃表面较大的CdGa2S4晶粒的散射作用,只能获得一个包络的Maker条纹,即入射角为0°时,二次谐波的相对强度出现最大值。

采用熔融-急冷法制备了在可见光区有较高透射率的GeS2-Ga2S3-CdS硫系玻璃,通过麦克尔(Maker)条纹法观察电场-温度场极化的片状样品中的二阶非线性光学效应,并讨论了该效应的机理。结果表明,在270 ℃极化30 min,当极化电压大于2 kV/mm时,观察到明显的二阶非线性光学效应,且二次谐波强度的大小随极化电压的增大而增大。二次谐波效应的产生是玻璃中的偶极子在电场作用下的取向调整,破坏了玻璃的宏观各向同性所致,二次谐波强度出现最大值的入射角与偶极子的取向调整程度有关。

采用电场/温度场极化、热处理分相和超声酸处理等方法,结合透紫外-可见-近红外光谱,扫描电镜,x射线衍射和Maker条纹等测试,研究了1.6Al2O3-6.1Na2O-24.8B2O3-67.5SiO2(wt-%)准四元玻璃的二次谐波发生性能.研究表明:电场/温度场极化诱导了玻璃中二次谐波(SH)信号的产生,温度场恒定(280℃),电场强度越大,极化时间越长,SH信号越强.热处理分相使玻璃内部的微晶团聚或长大,在某些角度出现很强的SH信号.超声酸处理使玻璃表面产生一薄层微晶,在较宽角度范围出现SH信号.玻璃中存在的晶相为α-方石英.