多才多藝話玻璃

晶瑩剔透的葡萄酒杯、快速飛升的火箭、外太空運(yùn)轉(zhuǎn)的太空望遠(yuǎn)鏡、提高通訊速度的光纜，以及不會(huì)引起排異反應(yīng)的移植骨頭……這些看起來(lái)毫無(wú)關(guān)聯(lián)的東西卻存在一個(gè)共同點(diǎn)——它們使用的都是目前處于技術(shù)革新前沿的一種材料：玻璃。各種玻璃在許多領(lǐng)域廣泛使用，其用途還在不斷地?cái)U(kuò)大。

玻璃的發(fā)現(xiàn)充滿神秘色彩

傳說(shuō)，很久以前，一艘歐洲腓尼基人的商船，滿載著晶體礦物“天然蘇打”，航行在地中海沿岸的貝魯斯河上。由于海水落潮，商船擱淺了，船員們紛紛登上沙灘。有的船員還抬來(lái)大鍋，搬來(lái)木柴，并用幾塊“天然蘇打”作為大鍋的支架，在沙灘上做起飯來(lái)。當(dāng)他們吃完飯收拾餐具準(zhǔn)備回船時(shí)，突然發(fā)現(xiàn)了一個(gè)奇妙的現(xiàn)象：只見鍋下沙子上有種東西晶瑩發(fā)光。原來(lái)，這些閃光的東西，是他們做飯時(shí)用來(lái)做鍋的支架的天然蘇打，在火焰的作用下，與沙灘上的石英砂發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生的物質(zhì)，這就是最早的玻璃。

這個(gè)故事真實(shí)與否已難以考證，但早在公元前2000 年，美索不達(dá)米亞人已開始生產(chǎn)簡(jiǎn)單的玻璃制品，真正的玻璃器皿出現(xiàn)在公元前1500 年的埃及。公元前4 世紀(jì)，羅馬人把玻璃用在門窗上。1291 年，意大利成了制造玻璃的強(qiáng)國(guó)，這時(shí)的玻璃制造技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)發(fā)達(dá)。玻璃真正成為生活中的用品是在1688 年，一個(gè)叫納夫的人制造出大塊玻璃，使玻璃走進(jìn)普通的百姓家。

在西方，人們常把玻璃說(shuō)成是上帝賜予人類的最佳禮物，玻璃給世人帶來(lái)了生活的喜悅和創(chuàng)作的靈感。對(duì)于這種兼堅(jiān)硬和脆弱于一身的材料，人們將其應(yīng)用在越來(lái)越多的領(lǐng)域。

智能玻璃讓窗簾“失業(yè)”

2007 年1 月，日本產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所推出了第一種可以自行變化透明度，也可以根據(jù)用戶自己的意愿變得如鏡子一樣的玻璃。這種玻璃的關(guān)鍵之處在于置于內(nèi)壁的兩塊玻璃板，一塊用鈦鎂合金制成，另一塊則以鈀為材料。兩塊玻璃板之間的空間則根據(jù)想要達(dá)到的效果填滿各種氣體。例如，如果注入含微量氫的無(wú)氧氣體，玻璃就會(huì)變得透明；相反，玻璃則猶如一面反射鏡。

這一新技術(shù)使擁有光反應(yīng)變色層的玻璃家族得以豐富。它可以運(yùn)用于制造眼鏡片或用在電子方面。此外，還有電子反光玻璃，如正處于發(fā)展階段的懸浮粒子裝置，通過(guò)導(dǎo)電涂層的作用使玻璃從不透光變?yōu)橥该鳡顟B(tài)。這一技術(shù)可以用來(lái)制造智能窗戶，只需按動(dòng)開關(guān)就可以改變玻璃的透光效果，住宅和辦公機(jī)構(gòu)都可以安裝這樣的窗戶。電子反光玻璃的使用讓窗簾完全被束之高閣。

研究人員認(rèn)為，新的“鏡子玻璃”技術(shù)比原來(lái)的電子反光玻璃更能達(dá)到節(jié)能效果。因?yàn)殡娮臃垂獠Ａ褂脮r(shí)間過(guò)長(zhǎng)后會(huì)變熱，而且熱量會(huì)傳遞到室內(nèi)，空調(diào)的使用不可避免。如果在住宅和汽車上使用新的“鏡子玻璃”，則可以減少30％的能源消費(fèi)。

以上所有技術(shù)都是為了隔離空間，但是在此方面最為大膽的革命是氣凝膠的使用。研究人員認(rèn)為氣凝膠，是目前所知的最好的隔離材料，這種材料可以讓居室溫度僅通過(guò)一根蠟燭就變得暖洋洋。

美國(guó)航天局甚至也把氣凝膠用于制造航天飛機(jī)的窗戶。研究人員還相信，未來(lái)這種材料可用于信用卡上的透明磁條。

用途比鋼還要廣泛

遙遠(yuǎn)年代的腓尼基商人如何也想象不到，這種幾千年前偶然發(fā)現(xiàn)的材料，今天可以在多種領(lǐng)域一展身手。世界上生產(chǎn)的2％～5％的玻璃用于從化學(xué)到醫(yī)藥等各個(gè)領(lǐng)域，此外還包括電子、航天和軍事等領(lǐng)域。

由于技術(shù)的進(jìn)步，短短30 年間，玻璃的質(zhì)地越來(lái)越堅(jiān)硬，但重量越來(lái)越輕，用途比鋼還要廣泛。玻璃纖維可以運(yùn)用在多種領(lǐng)域。玻璃纖維分為短纖維和長(zhǎng)纖維。短玻璃纖維在建筑業(yè)上作為隔熱和隔音層材料使用得越來(lái)越多。長(zhǎng)玻璃纖維則用來(lái)增強(qiáng)熱塑性塑料，甚至可以作為鋼的替代品加入了玻璃陶瓷生產(chǎn)的合成材料來(lái)加固堤壩、橋梁或水庫(kù)。此外，還可以用來(lái)制造軍用盾牌。美軍正與公司合作研發(fā)有防彈功能的被稱為“E－glass”玻璃纖維的結(jié)構(gòu)，以確保戰(zhàn)場(chǎng)上信息中心的安全。據(jù)說(shuō)，只要在營(yíng)地帳篷內(nèi)壁襯有這種玻璃纖維板，就可以保護(hù)士兵不受6.5 米之外爆炸的傷害。

當(dāng)玻璃變?yōu)椴Ａ沾珊螅氖褂梅秶透鼮閺V泛。玻璃陶瓷可以應(yīng)付溫度的急劇變化，擁有比普通玻璃更強(qiáng)的絕緣作用。因此，玻璃陶瓷不僅可以用于廚房灶具，還可以用于抗化學(xué)腐蝕的工廠和醫(yī)院的地面材料，以及航空航天領(lǐng)域。

玻璃陶瓷還可用于天文觀測(cè)中。歐洲南方天文臺(tái)的可見及紅外波段巡天望遠(yuǎn)鏡就是利用玻璃陶瓷材料制作的大視場(chǎng)望遠(yuǎn)鏡。該望遠(yuǎn)鏡使用的是Zerodur 微晶玻璃，由一個(gè)直徑4 米的鏡片構(gòu)成，重達(dá)5噸。Zerodur 微晶玻璃如今已經(jīng)成為建造天文研究設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)材料，因?yàn)樗且环N高均勻性的材料，膨脹系數(shù)近似為零，成像效果不會(huì)因?yàn)闇囟鹊淖兓淖儭Ｑ芯咳藛T指出：“高成像質(zhì)量使我們可以觀測(cè)到更小的天體。”“哈勃”望遠(yuǎn)鏡也準(zhǔn)備用一個(gè)直徑1.2 米的Zerodur 微晶玻璃鏡片替換目前的微晶玻璃鏡片。新的鏡片可以觀測(cè)到比目前遠(yuǎn)30 倍的天體。此外，目前世界上最大也是最精準(zhǔn)的陀螺方向儀也使用這種微晶玻璃。

同樣，醫(yī)學(xué)領(lǐng)域也離不開玻璃材料。例如，生物活性陶瓷玻璃可以用來(lái)制作不會(huì)產(chǎn)生身體排異反應(yīng)的器官組織、人造脊椎和人造頜骨。用生物活性玻璃為材料制成的人造骨骼移植也不會(huì)產(chǎn)生身體排異反應(yīng)。目前普遍使用的兩種生物活性玻璃可以用來(lái)進(jìn)行中耳耳骨移植。它的優(yōu)勢(shì)是人造耳骨在與血液接觸時(shí)，會(huì)產(chǎn)生羥基磷灰石，這是一種骨骼形成中的磷酸鈣。因此，人體會(huì)自動(dòng)將生物活性玻璃辨別為一種天然物質(zhì)。此外，還有另一種玻璃材料被牙科醫(yī)生大加贊賞。它是一種不會(huì)產(chǎn)生排異反應(yīng)的物質(zhì)，可以達(dá)到自我堅(jiān)固的效果，而且與牙齒同色，還可以改變透明度。它一般在補(bǔ)牙時(shí)用作填料，不僅可以貼緊牙齒結(jié)構(gòu)，還可以防止齲齒的再次產(chǎn)生。

玻璃是目前存在的最先進(jìn)的材料之一。沒(méi)有它，信息革命就無(wú)從談起。它可以在紅外線傳輸和電腦存儲(chǔ)中被用作半導(dǎo)體材料。但是，光纖才是真正的革命。如果說(shuō)傳統(tǒng)的銅電纜可以允許1 000 萬(wàn)條信息同時(shí)傳輸?shù)脑挘敲垂饫|則可以允許1 萬(wàn)億條信息的同時(shí)傳輸。

毫無(wú)疑問(wèn)，玻璃在我們的日常生活中有著廣泛用途，而且可以肯定的是隨著科技的發(fā)展，未來(lái)它的用途還將繼續(xù)擴(kuò)大。