玻璃，人類文明的見證者和開拓者

丁林鋒

2022年是聯合國國際玻璃年，也是聯合國首次以單一材料命名一個年份，充分說明玻璃這種歷久彌新的材料對人類文明的意義。

玻璃（glass）一詞最早來源于拉丁語gl?sum，用于指代有光澤和透明的材料。物以稀為貴，早期人類文明對玻璃這種近乎透明、有光澤，又能在大自然長期穩定存在的材料認可度非常高。來自埃及的琉璃石珠可以追溯到公元前12 000年。從埃及法老墓出土的幾件文物展示了五彩斑斕的精美玻璃鑲嵌作品。我國的國寶級文物，春秋晚期的越王勾踐劍正面鑲嵌的也是一枚藍色的玻璃。到了中世紀，玻璃的制備技術已經被人們掌握，在歐洲大陸的許多教堂中都開始出現絢麗的彩色玻璃窗戶。進入近現代，人們不斷將基礎科學應用于玻璃研究中，玻璃的更多特性得到了開發，新的玻璃產品也噴涌而出。玻璃光纖的發明使人類進入了信息化的時代，人們的生活及行為方式也被大大改變。現在，玻璃已經被應用于容器、光學器件、信息通訊、消費電子、絕緣保溫材料以及手工藝術品等，成為人類生活不可或缺的材料。

那么，到底什么是玻璃呢？國際權威專家巴西圣卡洛斯聯邦大學埃德加·扎諾托（Edgar Zanotto）教授和美國賓夕法尼亞州立大學約翰·毛羅（John Mauro）教授于2017年共同提出了玻璃的專業定義：“玻璃是有一種具有玻璃化轉變現象，非平衡態、非晶態、凝聚態的物質。玻璃的結構與其過冷液體相似，而且會自發地向過冷液體狀態弛豫。玻璃在無限時間范圍的最終使命是析晶。”故而，玻璃這種見證人類文明的材料可能比我們想象中的范圍更加廣泛。目前95%以上的玻璃產品由氧化物成分組成，其中占比最大的是硅酸鹽玻璃。所以，我們在使用“玻璃”一詞時，通常會指氧化物玻璃。在過去的幾十年里，大量非氧化物玻璃的制品也被開發，比如硫系玻璃、金屬玻璃等，在信息技術和醫療保健等領域發揮著重要的作用。值得一提的是，2015年，當今玻璃科學與技術領域權威專家、丹麥奧爾堡大學岳遠征教授聯合劍橋大學團隊，開發了一種全新的金屬有機框架（MOF）玻璃，開創了全新的玻璃體系，也拓展了玻璃在更多應用場景的可能性。玻璃這種古老的材料依然煥發著驚人的生命力。

由于聯合國國際玻璃年的宣傳，今年又聽到了很多人在討論一個很有意思的話題：歐洲古教堂的窗玻璃底端比上端厚的原因是不是因為玻璃在經歷幾百上千年的時間（受重力影響）后發生內部的流動？也有科普博主大肆宣傳并認同這個觀點。然而，其答案已經被多篇學術論文證否。根據美國麻省理工學院胡崛雋教授的計算，教堂窗玻璃因自身重力作用而發生10%的形變所需的時間遠超一百萬年。古建筑玻璃底部比上端厚的主要原因是受限于當時的玻璃制備技術。當時制備的平板玻璃通常并不均勻，厚的一端放置于底部在力學上具有更高的穩定性。

諾貝爾物理學獎得主菲利普·安德森（Philip Anderson）教授曾經感慨：玻璃的本質和玻璃轉變可能是固體理論中最深奧和最有趣的未解之謎。目前，關于玻璃的科學研究還在不斷深入和細化，相關理論及應用研究也正在進行更為深刻的拓展，如中國科學院上海光學精密機械研究所胡麗麗研究員團隊開發的釹玻璃及鐵磷酸鹽玻璃已經分別應用于“神光”系列激光器裝置及核廢料處理等領域。相信在科研人員的不斷探索下，玻璃將持續對人類的生活和生產實踐帶來深遠的影響。