老李一敲门，我才知道很久没有写博文了。先写点专业上的发现，说明我大脑内存还是在用着。

最近研究氧化铝陶瓷的韧性强度，这种称作刚玉材料内禀的韧性是臭名昭著的差，所以大家都喜欢用它作为鸡来儆猴，因为把氧化铝陶瓷的韧性问题解决了，基本上其他材料也不敢再那么憔悴。氧化铝的韧性差基本表现就是‘一触即发’，你用金字塔形状的金刚石在氧化铝陶瓷表面打一个点，那么很容易就会发现从点的四周扩展出四条笔直的裂纹，很长。从微观角度来解释，就是裂纹扩展产生的新界面的界面能不足以抵消外界施加的单位应变能；而从应力角度来看，裂纹尖端的应力场足以分开晶格中原子。后者常用来说明为什么外界很小的载荷能够撕开强度很高的材料，这主要取决于裂纹尖端的曲率半径。日常生活中我们常用金刚石刀在玻璃表面画一道线，然后用手轻轻一拍就能得到所需要尺寸的玻璃，用的就是这个道理。但是材料学研究发现这个理论有时候并不可靠，如果裂纹尖端达到原子尺度，那么反过来所需要的临界应力岂不是无限小了？事实上并不是如此。所以讨论一材料是否能够耐冲击，我们还是要从能量的角度来表征，比如说研究防震玻璃时就尽可能地产生大量的微裂纹，微裂纹越多，吸收能量越大，减震效应越明显。

氧化铝陶瓷表面的裂纹扩展

陶瓷也存在着这个问题，我们常说这个人像个瓷娃娃，就是说他碰不得，容易碎，人心脆弱好办，时间能上很多课。但是陶瓷太脆，却是本性难移的事情，只能通过人工材料设计来引入新的能量吸收机制，也就是说我们对材料本身并不能太苛求，需要追求的是如何控制裂纹在陶瓷中转弯抹角，路径越长，能量消耗越大，所谓强弩之末势，势不能穿陶瓷是也。

其中一种设计思路就是仿生，如贝壳，骨骼等多尺度协同材料，在这些自然界形成的材料系统中，外部能量居然会被它们通过滑移、变形、偏转、剪切和压缩等形式化力于无形，这些都是传统的高强陶瓷所不具备的本领，所以刚柔相济是一个基本的研究思路。在这一点上，大家可以好好阅读一下加州伯克利R.O. Ritchie最近在先进材料上写的一篇综述（ASAP），综述一般都是介绍皮毛而已，所以还是最好找到里面提到的研究原始文献，或者直接查看Ritchie在近几年发表的诸多相关文章，在看文章之前最好还补补材料断裂力学方面的功课，以免消化不好。该小组最近利用冰层状析晶的性质制备出高度取向的有机无机杂化材料应该说是这个领域在仿生方面取得最大成果之一。

（图片来源：http://www.internetchemie.info/news/2008/dec08/mimicked-nacre.html）该图表现出裂纹在层状材料中的扩展并不是一马平川的，而是转弯抹角的，这种委婉地表达方式简直是材料学家的最爱。

最近的研究无意找到了一种方法，也可以获得相似的氧化铝砖墙结构。微观裂纹的扩展表现出良好的各向异性：只能沿着上‘砖面’（basal plan）延伸，而且遇到侧棱柱面（prismatic plan）就会发生偏转。

现在需要了解的是能否从动力学过程中解释为什么在陶瓷生长过程中质点的传输表现为各向异性。再一个就是能否控制尺寸的大小和多尺度的协同作用，实际上我最希望用上图右边炉壁那样不规整的砖头组合而成淳朴天然的墙面，最好能在陶瓷砖头之间涂上一点泥土粘合剂什么的，那效果简直太棒了。

上图清晰地表明裂纹基本上被氧化铝砖头的走向所控制了，让它走就走，让它停就停，还能U TURN什么的。

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