非晶固体作为材料科学中的重要组成部分，因其无序的微观结构呈现出独特的力学行为，广泛应用于金属玻璃、高分子以及生物软物质中。传统上，非晶固体的力学性质受到制备工艺和结构稳定性的影响较大，其延性或脆性表现对材料的使用寿命和功能性能至关重要。最近，活性退火（activity-induced annealing）作为一种新兴的材料调控机制，吸引了大量研究关注。活性退火涵盖了通过内部驱动力或自驱动粒子活动，使得材料体系的结构重新排列和能量状态趋于优化，从而影响材料的宏观力学响应。本文将详尽解析活性退火如何引发非晶固体由延性转变为脆性的现象，揭示其背后的机理以及广泛的应用前景。 非晶固体的无序微观结构使得传统的结晶材料力学模型难以直接套用，但可以借助能量景观（energy landscape）的概念来理解其动态演化。
活性动力学来源于非平衡驱动，如生物组织内细胞的自我驱动行为或人工活性粒子的自我推进，这些内部动力通过施加局部扰动或应力，促使非晶固体结构局部优化过程，即活性退火。活性退火的实质是通过激活更多微观“软斑点”或剪切转变区，增加材料在应力作用下的重组能力，使系统越过能量障碍，达到更稳定、更密集的结构状态。 近期的研究表明，活性退火能够显著影响非晶固体的力学性能，尤其是引发延性到脆性转变这一关键现象。延性材料在受力时表现出较大的塑性变形，不易断裂；而脆性材料则倾向于在达到屈服点后迅速断裂，几乎没有显著塑性变形。活性退火通过降低系统内部潜在能量，使材料微结构趋于更紧密和稳定，这种“超退火”效果带来了更高的刚性和更少的可动剪切带，从而减少了材料分散的塑性变形机制，促使其更易发生脆性断裂。 这种由活性退火引发的延性-脆性转变不仅在材料物理学中有重要意义，也对理解生物组织的动力学演化提供了新的视角。
在生物体内，组织和细胞层的“活性”表现为细胞自驱动运动和代谢活动，这些内部活性机制驱动生物材料自我重组和力学性能调整。活性退火导致的结构优化与年龄增长相关，极有可能解释生物组织随时间推移出现刚性增加和功能退化的物理本质。这意味着生物体内的内源性活动水平不仅影响组织塑性，还能调控其脆性断裂风险，从而在健康和疾病状态下体现不同的力学行为。 通过模拟三维玻璃模型和引入具有持续游走性质的活性粒子动力学，研究人员构建了非晶固体在受控活性退火条件下的力学响应图谱。研究显示当活性驱动力小于某一阈值时，系统呈现出退火效果，潜在能量不断降低，结构逐渐优化；超过该阈值后，系统进入松弛态，原始结构记忆丧失，表现出流体化行为。不同初态玻璃的响应差异显著，未充分退火的材料更易受活性影响实现结构优化，而充分退火的材料稳定性较强，退火效应有限。
除了单一的活性强度外，活性粒子的持续时间（即方向保持时间）在材料退火效率中扮演关键角色。过短的持续时间导致活性粒子频繁改变运动方向，无法有效“探索”能量景观中的低能态，降低退火效果；反之，过长的持续时间虽然有利于“利用”单一方向的动能，但也限制了材料结构的多向优化。由此产生的非单调性使得存在一个最优活性持续时间，使退火效率最大化，进一步强化了活性退火的复杂性和调控潜力。 载荷作用下，活性退火塑造的非晶固体表现出截然不同的断裂机制。优良退火导致的低能态对应更强的剪切带集中现象，形成明显的剪切带，从而发生脆性断裂；缺乏退火的材料显示延性断裂，伴随着较大范围的均匀塑性变形。此外，活性参数的调整不仅改变了退火状态，还能主动调控剪切带的稳定性和发展，例如增加活性强度使剪切带解聚，促进均匀塑性变形，而调整活性持续时间则可以增强剪切带的形成和稳定性，实现个性化力学性质设计。
生物组织中此类现象同样存在，如细胞层的活性变异能够引起组织刚性调节，影响疾病进程、发育过程及创伤愈合。由活性退火引发的延性到脆性转变为理解细胞迁移、肿瘤转移和组织老化提供了重要物理基础。未来在设计生物兼容性材料和智能仿生结构时，调控活性退火效应将成为实现材料性能自适应的重要途径。 另外，活性退火过程中的记忆效应为非晶固体的动力学调控开辟了新天地。类似于周期性剪切引发的记忆编码，活性粒子的持续动力学能够编码并存储特定活动强度下的系统状态信息，通过“读取”过程可识别并利用这些记忆来指导材料重新配置和力学响应。这种对结构记忆的操控具有潜在的软物质信息存储和智能响应意义，未来有望应用于人工神经网络、智能传感器等高科技领域。
总结来看，活性退火为非晶固体提供了一种独特的内部调控机制，能够引起延性到脆性的转变，且其物理本质与传统力学调控方法存在显著差异。通过模拟与实验的结合，理解其动力学、记忆效应以及与外部载荷的耦合，为活性材料的设计与应用奠定了坚实基础。更重要的是，这一研究不仅丰富了材料物理学理论，也为生物物理学尤其是组织力学、细胞动力学提供了新的理论工具和解释框架。 未来的研究方向包括探索多重记忆编码机制、深入解析温度与活性动力学的协同效应、以及跨尺度模拟活性退火在复杂生物系统中的表现。对于材料科学家和生物物理学家而言，活性退火引发的力学转变不仅是破解非晶材料性能奥秘的关键，更是开发新一代智能材料和医学诊断技术的桥梁。借助内部活性的灵活调控，实现非晶固体从柔韧到刚性的可控转变，势必推动包括组织工程、软机器人、自愈材料在内的前沿领域快速发展。
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