High-entropy R2O3-Y2O3-TiO2-ZrO2-Al2O3 glasses with ultrahigh hardness, Young's modulus, and indentation fracture toughness

断裂韧性 缩进 复合材料 材料科学 模数 杨氏模量 氧化物 弹性模量 韧性 压痕硬度 纳米压痕 冶金 微观结构
作者
Yongchang Guo,Jianqiang Li,Ying Zhang,Shaowei Feng,Hong Sun
出处
期刊:iScience [Elsevier]
卷期号:24 (7): 102735-102735 被引量:46
标识
DOI:10.1016/j.isci.2021.102735
摘要

Glasses with high hardness, high Young's modulus, and high fracture toughness become crucial materials which are urgently needed in the protective covers for various electronic displays. Here, a paradigm is presented that the conceptual design of high-entropy materials is adaptable to high performance oxide glasses. We designed the multi-component glass compositions of 18.77R2O3-4.83Y2O3-28.22TiO2-8.75ZrO2-39.43Al2O3 (R = La, Sm, Gd) and elaborated successfully the glassy samples through a containerless solidification process. The as-prepared samples demonstrated the outstanding mechanical and optical properties. The measured hardness, Young's modulus, and indentation fracture toughness of the high-entropy (R = Gd) glass are 12.58 GPa, 177.9 GPa, and 1.52 MPa·m0.5, respectively, in which the hardness and Young's modulus exhibit the highest value among the reported oxide glasses. Structural analysis revealed that the excellent mechanical properties are attributed to the large dissociation energies and the high field strength of Al2O3, TiO2, and ZrO2 and the complex interaction between atoms caused by high entropy.
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