非晶固体因其无序的微观结构和复杂的力学行为，一直是材料科学研究的热点。在诸如金属玻璃、高分子材料以及生物组织等系统中，理解其韧性与脆性之间的转变对设计高性能材料至关重要。近年来，活性退火作为一种新兴的材料状态调控手段，引起了科学界的广泛关注。活性退火是指通过内部活性粒子的自驱动或外部活性力场引发的材料微观结构调整过程，进而影响其宏观机械性能。最新研究揭示，活性退火不仅能改变非晶固体的能量态分布，还能推动材料从韧性塑性变形向脆性断裂发生转变，这一发现为理解复杂材料的本质行为提供了新视角。 非晶固体的微观结构缺乏长程有序性，导致其塑性变形通常是通过局部的剪切转变区域（Shear Transformation Zones, STZs）来实现。
传统观点认为，通过热处理或机械周期加载等方式优化材料的微观结构，即退火过程，可以提升材料的稳定性和韧性。然而，活性退火不同于传统方法，它源于内部粒子的自我驱动运动或受控活性应力的持续激励。活性粒子根据一定的持久时间（Persistence Time）和激励强度，在材料内部实现“跑-翻转”（run-and-tumble）动力学，这种运动模式赋予了非晶体系以新的能量探索路径和结构重排机制。 通过分子动力学模拟，科研人员发现在一定的活性强度阈值以下，活性退火能显著降低非晶固体的内能，使其沉积于更深的能量极小值状态，从而表现出更高的热力学稳定性和机械刚度。这一过程类似于大自然中组织的成熟与老化，内部活性促进其结构紧凑化。然而，当活性强度超过临界阈值时，系统被驱动进入流化（fluidization）状态，结构记忆被彻底抹除，材料弹性下降趋向于流体行为。
与传统的机械周期剪切引发的退火相比，活性退火展示出更为丰富微观机制。剪切周期能使系统达到极限循环态，实现结构记忆的稳定保存，而活性退火由于力控特点，体系往往处于持续缓慢老化状态而难以达到稳态。这种差异体现在材料的力学响应上，即使在退火状态下，活性非晶固体依然保有复杂的记忆编码能力，能够通过施加不同的激励参数被“读取”，体现出局部结构特异性。 深入研究揭示，活性粒子的持久时间τp与激励力幅值f0构成了调控非晶固体退火和屈服行为的关键因素。具体表现为，随着持久时间的合理调节，活性退火效率呈非单调变化，存在最优τp能最大化材料能量极小化进程。活性退火后的样本在外部拉伸载荷下，出现了韧性到脆性的转变，具体表现为由均匀塑性流变向剪切带（shear band）介导的脆性断裂跃迁。
剪切带的形成不仅依赖于材料自身的活化状态，还与样本的几何形状、尺寸和加载速率密切相关。 实验与模拟结果表明，低活性强度且适中持久时间下的非晶固体表现出较高的韧性，能够通过均匀塑性形变分散能量。而随着活性强度增加，剪切带开始显现，局部失稳导致脆性断裂，特别是在几何形状允许形成倾斜剪切面的长方体结构中更为明显。此外，活性退火中剪切带的稳定性还受到加载速率的影响，较慢的拉伸速率使体系有足够时间响应活性驱动力，从而促进带状失稳的发展。 这一活性退火引起的韧性到脆性过渡对生物组织的理解有重要启示。生物组织内部普遍存在能驱动细胞和分子自驱动运动的活性因素，这些内部驱动力能调控组织的机械性能和结构成熟度。
例如，软组织的老化和硬组织的发育过程都可能受到类似活性退火机制的影响，为生物组织的病理变化如癌症转移和创伤愈合提供了新的物理解释路径。 另一方面，活性退火为设计人工智能材料提供了理论基础。通过调节活性粒子的动力学参数，有望实现可控的材料软硬度切换，甚至通过激活或抑制剪切带的形成，实现从韧性到脆性断裂的主动调控。这为开发智能自适应材料和仿生材料创造了可能，在软机器人、可穿戴设备及生物医用材料领域展现巨大潜力。 值得一提的是，活性退火过程中的记忆效应不仅局限于单一激励参数，类似多重记忆的存储可能存在，但需要进一步研究以证实其持久性及稳定性。此外，结合温度和活性强度的综合调控可能实现退火效率的最大化，类似传统材料中调节温度与机械振幅优化退火效果，这为材料设计与工艺开发开辟了新方向。
总结来看，活性退火作为一种通过活性粒子内部动力学驱动实现结构优化的机制，不仅拓展了非晶固体退火和屈服过程的理解，还揭示了韧性与脆性转变的新物理图景。其机制涉及活性动力学参数对能量景观探索的调控，通过对活性强度和持久时间的精细调节，可实现对材料机械行为的深度控制。这不仅有助于解答生物组织复杂力学特性，还推动了高性能活性软物质与智能非晶材料的发展。未来围绕活性退火的多尺度实验与理论研究，将进一步推动材料科学和生物物理学的交叉创新。
