非晶固体作为一类无长程有序结构的材料，因其独特的物理性能而在材料科学和生物物理领域都备受关注。近年来，科学家发现所谓的活性退火过程能够显著影响非晶固体的力学行为，使材料发生从韧性（可塑性）到脆性（易断裂）的转变，这一现象不仅拓展了我们对材料本质的理解，也可能为工程和生物医学应用提供新思路。活性退火是一种通过内部活性粒子自驱动运动引发的结构优化过程，类似于传统的热退火却拥有自己的独特表现形式。本文将围绕活性退火为何导致非晶固体的韧脆转变展开论述，深入剖析其背后的物理机理、实验与模拟研究，同时探讨这一过程在自然及工业中的潜在价值。活性非晶固体是一种由具备自驱动能力的微观粒子组成的密集无序体系，这类粒子通过持续注入能量，与热运动结合，形成了跨学科研究的新热点。在生物体组织如细胞集群、组织膜中，类似活性非晶结构存在，并影响细胞迁移、组织硬化和疾病发生。
研究表明，活性动力可以有效促进非晶固体的“退火”，即系统朝向能量更低、更稳定的状态发展，这一过程对材料的机械性能产生决定性作用。活性退火的本质在于活动粒子通过局部力的施加，促使材料结构中的“软弱点”或称剪切变换区发生重组，降低整体潜在能量。这种运动具备粘滞时间，即持续时间τp，使系统在切换不同应力方向后能够实现更全面的结构探索。对比传统的振荡剪切退火，活性退火表现出类似的能量降低趋势，且初态较差的非晶固体对活性退火的响应更加显著。换句话说，若非晶体起始结构较为松散，则活性驱动力更易诱发其结构重塑，提升其整体稳定性。活性退火中最重要的参数包括活性力幅度f0和持续时间τp。
研究显示，当活性力幅度未超过某一临界值，材料呈现出持续“老化”特征，潜能能稳定下降，表现为有效的退火过程。然而一旦超过该临界点，材料迅速进入“产流”状态，失去原始结构记忆，与传统高幅度振荡剪切下的玻璃产流类似。这种转变对应了非晶固体从局域变形到整体流动的行为改变，标志着材料韧性的降低和脆性的增加。与此同时，活性退火过程存在显著的记忆效应，系统能编码施加的活性力大小，并能通过特定的测试“读取”这些记忆。这种行为与循环剪切导致的玻璃记忆相呼应，暗示活性玻璃体系在结构演变中具备复杂的信息存储功能，这可能对生物体内组织的适应性和记忆机制提供新视角。交替的应力或力的反转在活性退火中扮演关键角色，其推动结构在应力反转后进行深度重组。
这一点在实验模拟中通过观察在“跑-翻”模式下的粒子运动得到了验证，即活性粒子方向的周期性切换显著提高了系统达到更优结构的效率。这样的机制使非晶固体在低温条件下表现出类似温度驱动的退火效果，却无需外加热能。然而，活性退火的效率与活性持续时间τp表现出非单调关系：过长的持久时间导致系统在单一方向过度探测，浪费了结构“搜索”的多样性；反之过短的持久时间则不足以充分利用所探索的方向，均不利于能量的有效降低。这种复杂的动力学平衡体现了活性非晶固体微观动力学的丰富性。对于活性退火产生的机械影响，研究证实活化过程能显著强化非晶固体，增加其刚性。然而同时，随着退火程度加深，材料更倾向于突然发生剪切带断裂，呈现脆性断裂特征。
这种由活性退火引发的韧性到脆性的转变，为理解生物组织中不同部位的力学差异提供了一种合理的理论框架。例如，组织发育早期阶段细胞活性高，可能导致组织结构趋于紧密、刚性增加，但也使其易于发生脆性断裂，从而影响器官形态形成和功能完整性。此外，系统几何形状对剪切带的形成也有明显影响。体积较大且长宽比适宜的非晶体更容易在拉伸过程表现出清晰的剪切带断裂，而规模较小或几何受限的材料则更趋于均匀变形。这提示在设计生物仿生材料或功能性软物质时应合理调控几何参数以控制断裂模式。值得关注的是，活性驱动力在断裂机制中的作用复杂且高度参数依赖。
增加活性力幅度f0倾向于抑制剪切带形成，使材料以更均匀的方式破坏，表现出类似有效温度增高的效果。但若活性持续时间τp足够长，则可重新激活剪切带的形成，恢复脆性断裂行为。这种双向调控为人工软物质设计提供了创新路径，使材料性能可通过内部活性参数灵活调节。在多领域应用前景方面，活性退火机制对生物医学组织工程、活性材料制备以及智能响应系统具有深远意义。借助活性粒子驱动的退火及力学调控，有望实现仿生组织的个性化机械性能设计，提升生物材料的耐用性与功能性。同时探索活性退火实现多重记忆功能的可能，将拓展非晶态材料在信息存储及自适应系统中的应用。
综上所述，活性退火作为一种全新动力学过程，揭示了非晶固体从微观结构优化到宏观力学行为转变的丰富物理图景。随着实验技术和理论模拟的进步，未来有望解锁更多活性非晶材料的潜力，推动生物物理、材料科学和软物质物理等领域的交叉发展。这不仅促进了基础科学研究，也激发了创新材料设计和智能系统构建的新机会。
