每日科技名词|玻璃

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玻璃

glass

定义：熔融后冷却至固态未析晶的无定形物质。

学科：材料科学技术_无机非金属材料_玻璃

相关名词：玻璃化 二氧化硅 中空玻璃 压花玻璃


图片来源：视觉中国

【延伸阅读】

玻璃的历史非常悠久，公元前3000年古代美索不达米亚人制造的玻璃珠是人类最早的玻璃制品。随着人类文明的不断发展，玻璃的形态也在不断进化。现代社会的生产、生活已经离不开玻璃。

通常所说的玻璃，主要成分是二氧化硅。实际上，玻璃并不一定要用二氧化硅制成。液态物质冷却后没有结晶而成的固态物质，都可以称为玻璃，这个现象称为玻璃化。所以，玻璃也被称为凝固的液体。这类固态物质没有晶体结构，称为无定形，又称非晶态。

因为玻璃没有晶体结构，所以把不同的元素混合加热后再冷却，就能制出具有不同化学组成的玻璃。采用这样的办法，可以精细地调整其特性，开发出满足各种不同需求的玻璃。

主要成分为二氧化硅的玻璃，最大的特点就是透明。这是因为它不吸收可见光，而且材质均匀，光透过时不会发生散射。此外，还具有硬度高、耐热、气密、绝缘等很多特点。在二氧化硅中添加不同的物质，可以制出特性不同的玻璃。例如，钠离子和钙离子能切断二氧化硅分子形成的正四面体网状结构，因此添加氧化钠或氧化钙可以降低玻璃熔化的温度，使之便于加工。而氧化铝则可以通过保持网状结构，达到抑制热膨胀的效果。

化学强化是提高玻璃强度的一种方法，即把含有钠离子的碱铝硅酸盐玻璃浸入硝酸钾溶液中。玻璃表面实际上有无数微小的裂纹，受到撞击时，对侧表面的小裂纹就会被撕开，直至玻璃破碎。而溶液中的钾离子会替代钠离子，进入玻璃表面。钾离子比钠离子大，会在裂纹撕裂的方向上产生阻力，使裂纹不易进一步扩大。


图片来源：《科学世界》

高精密超薄显示屏基板使用的玻璃，在制造中需要热处理。普通玻璃加热后再冷却容易收缩，给影像清晰度造成不利影响。另外，玻璃中的碱也会降低晶体管的性能。现在的高清显示器和智能手机多使用无碱铝硼硅酸盐玻璃，这种玻璃加热后不易变形，并且不含碱。

为了节能减排，科学家研发了各种节能窗玻璃。节能主要通过隔热和保温两个方面来实现。隔热是隔断室外热量（主要是阳光中红外线的热量）进入室内，保温是防止室内热量向室外散发。用来提高隔热性能的，有玻璃表面涂装金属薄膜以反射红外线的半镜面玻璃；用来提高保温性能的，有在玻璃之间注入氩气的多层玻璃，还有真空双层玻璃。

近年来，还开发出了Low-E多层玻璃（两片玻璃中的一片使用Low-E玻璃）。Low-E玻璃的英文是Low-Emissivity Glass，意为低辐射率玻璃。将这种玻璃用于室外一侧，上面涂装的金属膜可以将室外向室内散发的热量降低到普通玻璃的1/8，大幅度地提高隔热性能。反之，在室内一侧使用Low-E玻璃，则可大幅度地提高保温性能。


图片来源：《科学世界》

此外，一些新型玻璃也在持续研发中，例如透明度可以变化的调光玻璃，不易碎且具有抗热冲击性的微晶玻璃，可用于折叠显示屏的超薄玻璃，等等。不久的将来，它们将会陆续进入我们的生产、生活，为现代社会增添更多的光彩。

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