非晶固体作为材料科学的重要分支，因其无序的内部结构和独特的物理特性，成为现代材料研究的热点领域。非晶固体普遍具有良好的韧性，能够在外力作用下发生塑性变形，避免脆性断裂。然而，最新的研究成果表明，通过引入活性颗粒并利用其驱动的内部动力学对非晶固体进行退火处理，材料的力学响应可以发生根本变化，从韧性状态转变为脆性状态，这一现象被称为活性退火导致的韧性到脆性转变。此现象不仅深化了我们对非晶材料力学本质的理解，也为生物组织的力学行为提供了新的洞察，同时为开发具有自我调节机械性能的智能材料铺平了道路。活性物质是由单个或多个能够自发运动的微观颗粒构成的系统，广泛存在于生物体以及合成的智能材料中。活性玻璃则是高密度、无序的活性颗粒系统，彼此紧密堆积且参与复杂的内部相互作用。
这些系统展现出与传统被动玻璃类似的特性，如缓慢动力学和非平衡行为，但因活性颗粒的自驱动力，大幅拓宽了物理表现的维度。活性退火指的是活性颗粒在非晶固体内运动，诱发材料结构重新排列，从而使体系向更稳定、能量更低的构型演化。这一过程类似于传统材料物理中的热退火，但活性退火的驱动力源于颗粒本身的自运动，受颗粒活性大小和持久时间控制。活性颗粒的推动不仅能改善材料内部的结构均匀性，还能影响其力学响应，尤其是在外加载荷作用下的表现。研究表明，活性退火对非晶固体的影响与振荡剪切引起的退火及屈服行为高度相似。在这两种情况下，材料的内在能量逐渐下降，系统趋向于更紧密的堆积结构，表现为老化或“成熟”过程。
但当活性强度超过一定阈值时，体系进入一种流化状态，失去原有的退火痕迹，这一切都反映在特征性的屈服图谱中。值得注意的是，活性退火对不同初始准备状态的非晶固体影响显著。结构较差、初始能量较高的体系，因内部软区和剪切变换区密度较大，对活性退火更为敏感，可以显著降低系统能量，实现明显的性能优化；而已充分退火的材料则表现出对活性刺激的抵抗性，退火效果有限。此外，活性动态的时间尺度，即颗粒推力方向变化的持久时间，对退火效率存在非单调依赖。持久时间过长，系统花费大量时间在当前方向的探索，抑制了新的低能状态的发现；持久时间过短则未能充分利用单一方向带来的探索优势。通过优化持久时间，可以实现最大化的结构优化。
这种机制为理解并设计材料内部动力学调控提供理论基础。活性退火不仅影响材料的结构稳定性，还直接决定其力学断裂模式。研究表明，活性退火可将本应韧性的非晶固体转变为脆性状态，特别是在几何形状适宜的条件下，材料容易形成剪切带，从而引发断裂。通过调节活性强度和持久时间，可以实现剪切带形成的增强或抑制，进而调控断裂的均匀性或局域性。这种对断裂行为的调节机制为材料韧性设计提供了重要思路，尤其适合生物材料和软智能材料的机械性能优化。在生物组织中，活性退火的概念提供了一种解释组织刚度随年龄增长变化的机制。
众多组织体现出类似玻璃态的动力学特征，细胞及其胞内结构的活性运动随着时间累积导致结构优化和刚度提升。婴儿发育阶段的组织表现为软弹性，随着细胞活性调整，组织趋于更致密且刚性增加。此外，组织的流化与活性颗粒特点高度相关，参与创伤愈合、癌细胞转移等过程。这些生物现象与活性玻璃系统中退火与屈服的机制高度对应，验证了活性物理模型在生物力学中的潜力。活性退火还被发现与材料内部的记忆效应紧密联系。通过长期施加特定强度的活性驱动力，非晶系统能够编码该活性幅度的记忆，表现为动力学响应的特征性“刻痕”。
而这一记忆可以通过调节活性刺激的幅度被“读取”并展现出来，类似机械记忆的概念。这不仅丰富了非晶材料的功能性，也启示生物系统中活性调控的记忆存储机制，向神经组织中的可塑性与记忆机理提供了全新视角。实验和模拟研究中采用的配套方法包括以三维Kob–Anderson二元混合体为基础模型，对小颗粒施加“运行-翻滚”型活性推力，探索不同活性强度与持久时间对体系能量和力学性能的影响。基于分子动力学模拟和能量最小化技术，研究揭示了活性退火过程的时间演化规律、非平衡态稳态关系及其临界特征。该研究还结合了周期性剪切实验对比，深刻阐释了活性和剪切驱动系统之间对应关系，强调了力控与形变控的区别及其对结构演化的影响。针对外部拉伸载荷下的断裂行为，工作进一步揭示了系统尺寸、几何形状与活性参数共同决定断裂形态的复合影响，强调了剪切带形成的几何条件与活性调控机制，提供了从微观到宏观的统一理解。
总的来看，活性退火作为一种基于内部动力学调控的材料处理策略，为非晶固体的性能调控注入了新的活力。它不仅加深了对玻璃态物质结构与力学之间复杂相互作用的认知，也为生物体内活性驱动的物理过程提供了理论支撑。未来方向包括探索多重记忆存储的可行性，调研温度与活性组合对退火效率的最优方案，以及借鉴该机制发展更高效的材料加工方法。这些研究成果不仅推动基础科学进步，还为智能材料、软生命系统及其应用开发带来广泛前景。
