近日，我室硕士研究生闫森林（第一作者）与刘自军研究员（通讯作者）在《Ceramics International》期刊上发表题为“Bidirectional Thermal Relaxation and Property Tailoring Mechanism in Ge₁₀As₂₀S₅₀Se₂₀ Chalcogenide Glasses”的研究论文。（Vol. 52, Issue 13, pp. 20803-20809 (2026)，IF=6.0）。文章链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S027288422601196X

       硫系玻璃（ChGs）凭借其卓越的光学特性，在先进红外光学与光电器件领域备受青睐，但由于其作为非晶态材料，本质上处于一种热力学亚稳态。因此，在长期的服役使用或自然储存过程中，玻璃系统会不可避免地逐渐向更低能量的平衡态演化，这一过程被称为弛豫行为。这种伴随材料生命周期的物理老化现象，即使在远低于玻璃化转变温度（Tg）的常温环境下也依然存在，它在宏观上会直接导致材料密度、折射率、热稳定性等核心物理性能的持续性偏移。对于追求极致精度与环境适应性的现代红外光学系统而言，这种随时间推移而不断累积的性能漂移，构成了制约相关红外光学元器件与设备长期结构稳定性和运行可靠性的技术瓶颈。

图1.不同热处理温度下的玻璃性能演变

       本研究设计了一系列覆盖120 °C至250 °C温度窗口的热处理实验，通过差示扫描量热法（DSC）精准测量弛豫焓（ΔH），定量追踪了玻璃能量状态的双向演化过程，如图1所示。研究发现，以典型Tg（180.6°C）为关键物理拐点，玻璃的Tg、密度和折射率均呈现非单调的变化趋势。在低于Tg的温度下进行热处理，玻璃结构会发生正向弛豫并向低能态过渡，伴随内部自由体积的减小，其密度和折射率显著上升，从而加速了材料的老化过程。反之，高于Tg的热处理会引发逆向弛豫，有效抹除材料既有的热历史并促使结构“返老还童”，导致内部自由体积增加，密度和折射率随之下降。此外，相比于单次高温退火，在较低温度下进行多次循环退火能更彻底地释放材料内部能量，促使玻璃不断逼近理论上的最低能量状态。

       基于大量实验数据，建立了一套将玻璃的宏观性能（如Tg和密度）与弛豫焓相关联的定量经验关系式，如图2所示。基于所建立的经验关系式，仅需测定弛豫焓，便能快速预测并评估材料的弛豫余量。

图2.不同热历史条件下玻璃Tg和密度与ΔH的相关性。

       本研究提供了一种直接评估玻璃弛豫余量的方法，使工程师能够可靠地预测红外光学器件在长期服役过程中的性能漂移情况。其次，实验证明了通过程序化地控制热处理历史和冷却速率，可以主动诱导亚稳态玻璃结构进行双向弛豫，这意味着研究人员能够根据实际需求，像“量体裁衣”一样精准定制硫系玻璃的各项性能。