前言

      红外自适应光学技术在空间天文、国防侦察、自由空间光通信及生物医学成像中扮演着不可替代的角色。然而，传统自适应光学系统多采用反射式变形镜，不仅光路复杂，而且透射式器件长期受困于红外透明与柔性难以兼得的材料瓶颈。近日，宁波大学红外材料与器件实验室戴世勋、林常规教授团队与力学学院马剑强教授合作在这一领域取得颠覆性突破：基于链 环双网络（DN）结构设计，成功开发出新型S60Se40硫系玻璃。该材料同时具备超低杨氏模量（≈0.0037 GPa）、超过650%的拉伸应变、覆盖0.62-21 μm的宽带红外透明窗口，并兼具室温自愈合与形状记忆特性。利用该玻璃制备的红外变形透镜可直接集成至商用红外成像系统中，通过精密控制拉伸/压缩应变，实时调节透镜面型、像差、视场、焦距与景深，为构建紧凑、高性能的红外自适应光学系统开辟了全新路径。相关成果以“An Infrared Transparent Flexible Glass for Adaptive Optics”为题发表于光学顶尖期刊《Light: Science & Applications》。该论文由宁波大学独立完成，林常规研究员与谭林玲副研究员为共同通讯作者，博士研究生李赛辉为第一作者。

研究背景

       红外自适应光学技术的应用场景正从传统天文观测，快速拓展至空间激光通信、高分辨率地面监视、激光精密加工及生物显微成像等前沿领域。其核心使命是实时、精确地校正动态波前畸变，使成像系统逼近衍射极限。然而，现有技术遭遇了根本性瓶颈：透射式变形透镜，如基于PDMS、水凝胶或液体材料的方案，因有机物在红外波段存在强烈的本征吸收（如C-H、O-H等振动峰），其工作波段被限制在可见光区；而反射式变形镜虽能用于红外波前校正，但复杂的光路折叠结构使其难以集成到紧凑型系统中。

       这一困境的根源，在于材料科学领域长期未能攻克的一个经典矛盾——“红外透明”与“柔性”难以兼得。具体而言，以锗、硫系玻璃为代表的无机红外材料，依靠由重元素构成的刚性三维网络有效抑制了声子吸收，从而实现了优异的红外透光性，但其本质上的高模量与脆性，使其无法形变；反之，有机聚合物虽天生柔韧，却因其分子链中含有C-H、O-H等轻元素化学键，在中远红外波段表现出强烈的特征吸收，导致红外不透明。因此，创制一种兼具玻璃级红外透明与聚合物级力学柔性的新型材料，成为突破这一技术瓶颈的关键。

研究亮点

1. 破纪录的综合性能：超低模量、超长红外截止与室温自恢复

（1）类聚合物柔韧性：杨氏模量约0.0037 GPa（仅为普通玻璃的万分之一，与PDMS、PU相当），极限拉伸应变高达约650%（远超众多典型有机物），可反复拉伸、扭转而不产生破裂。

（2）超宽红外透明窗口：透明波段横跨0.62-21 μm（带宽约20.38 μm），完全覆盖中波红外（3-5 μm）和长波红外（8-14 μm）两个重要大气窗口，透过能力媲美昂贵的晶体材料以及传统的红外玻璃材料。

（3）室温形状记忆和自修复能力：切断后在常温下可自动修复，愈合后拉伸应变可达约150%，强度足以悬吊500 g砝码，形变后回弹率约80%。

（4）稳定的力-光耦合特性：在200次循环拉伸测试（0-15%应变）中，该玻璃在850 nm、1550 nm和10.6 μm三个特征波长下均展现出近乎恒定的透射率和极小的迟滞，表明了其优异的力-光耦合稳定性，为可变形红外光学器件的实用化提供了重要支撑。

图1：双结构硫系玻璃同时具备类似聚合物的柔韧性和类似红外光学材料的红外透过性能

图2：双结构硫系玻璃具备极大的拉伸应力，自恢复能力和光学机械稳定性

2. 独创的双网络结构设计：链-环动态双网络结构

       本研究基于S-Se体系设计并制备出一种链‑环双网络硫系玻璃S60Se40，从原子和网络结构层面彻底打破了红外透明与力学柔性之间长期存在的矛盾（如图1所示）。该结构设计的精髓包含两个方面：（i）由重元素（S、Se）组成的共价[Se, S]ₙ长链和八元环S8-ySey 有效抑制多声子吸收，确保超宽带红外透明特性；（ii）动态物理交联的[Se, S]ₙ长链和八元环S8-ySey相互缠绕，形成可逆动态网络。在受力时，聚合长链充当稳定玻璃网络的骨架以抵抗断裂，环结构则作为可移动的拓扑交联点，通过可逆滑移实现应力释放与形变恢复，二者协同赋予材料兼具大应变与高弹性的力学行为。

图3：红外透明且柔性的双网络硫系玻璃的结构设计

3. 柔性机理：“链承载、环耗能”的应变驱动演化机制

       研究团队结合分子动力学模拟与原位拉曼光谱揭示了材料非凡柔性的微观起源。在拉伸过程中，最初蜷缩的[Se, S]ₙ聚合链逐渐伸展并发生滑移，而S8-ySey八元环作为物理交联节点主要发生滑移和旋转，其环内共价键参数变化极小。这种“链主导承载、环主导耗能”的分工赋予了材料超高的拉伸极限与高恢复率。原位拉曼光谱显示，循环拉伸时链中的Se-Se键在载荷下发生可逆伸长（对应约4 cm-1的红移）并在卸载时恢复，直接证实了材料的弹性变形起源，而环中的S-Se和S-S振动几乎不受影响。动态力学分析进一步确认，材料的玻璃化转变温度低至13.5 °C，加之S-S、Se-Se、Se-S动态共价键网络的室温交换活性，共同为该玻璃的室温自愈合与形状记忆行为提供了机制上的合理解释。

图4：应力驱动下玻璃网络的结构演化

4. 功能验证：红外可变形透镜引领红外自适应光学

       基于该材料的力学与光学优势，团队成功制备出了平凸和平面凹型红外变形透镜。在控制应变加载下，透镜的焦距可调范围达5.62 mm（Δf/f₀=11.8%），优于传统PDMS聚合物可变形透镜，这得益于IR-FCh-60极高的折射率（n ≥ 2.139）。之后，将制备出的红外变形透镜直接嵌入到商用的红外成像系统中探究了其动态红外成像的调节能力。结果表明，在平凸透镜配置下，易于看出轴向拉伸透镜可使焦平面后移产生缩小的图像（视场扩大），轴向压缩则产生放大图像（视场缩小）；在平凹透镜配置下，易于看出通过拉伸可将景深和焦平面从远处物体实时切换至近处物体。所有光学效果均可随应变释放完全恢复，展现出精准的波前调控能力。

图5： 基于双网络硫系玻璃的红外变形透镜及其在红外成像系统中的应用

总结与展望

       本研究报道的双网络硫系玻璃，是国际上首次在单一材料中同时实现了宽带红外透明性与聚合物般的超柔韧性、自愈合和形状记忆功能。其核心创新在于利用重元素构建的共价链‑环双网络结构，从分子网络层面克服了“红外光学透明”与“力学柔性”长期对立的矛盾，标志着红外光学材料从“刚体光学”迈向“柔性智能光学”的历史性跨越。该策略不仅拓展了玻璃网络结构的传统认知，更为极端力学环境下的可变形红外光学器件开辟了全新材料平台。随着器件集成与功能化的深入，这一成果有望推动下一代紧凑型、大应变容差红外自适应光学系统在空间通信、生物医学成像、精密制造和软体机器人等领域实现广泛应用。

论文信息

Saihui Li, Linling Tan, Jianqiang Ma, Shiliang Kang, Chengwei Gao, ShixunDai and Changgui Lin. An infrared-transparent flexible glass for adaptive optics. Light: Science & Applications (2026.15.334).

链接：https://doi.org/10.1038/s41377-026-02409-z