我們每天都會和形形色色的玻璃打交道,大到建筑門窗,小到磨砂水杯,到處都有玻璃的蹤跡,
置身于玻璃的世界,你對玻璃了解多少呢?從4000年前到今日,玻璃的根源與命脈又從何說起?
今天,讓我們走進玻璃的秘密花園。
玻璃的千年之旅
玻璃常被認為是近代才出現的高科技材料,你可能想象不到,4000多年前的美索不達米亞和古埃及的遺跡里,都曾有小玻璃珠出土,
那個時期的玻璃大都是小玻璃珠,偶爾也有小玻璃碎片,科學家推測,這些玻璃可能是在極端氣象條件(比如閃電)下天然形成的,
西元前15世紀,克里特島、希臘邁錫尼、埃及、西亞等地區就開始生產玻璃,在亞歷山大圖書館里甚至出現了制造玻璃的“指南”類書籍,可見當時的玻璃制作工藝已經很成熟,
與西方相比,大陸的玻璃出現較晚,目前發現的最早玻璃制品來自春秋末期到戰國初期,那時,玻璃又被稱作“繆琳”“火齊”等,
有色玻璃同樣自古就有,湖北江陵望山楚墓群1號墓出土的越王勾踐劍上就鑲有兩塊形狀不同的藍色玻璃。
現在,生產玻璃已經非常容易,通常的流程是:先將石英砂等玻璃配合料在池窯或坩堝窯內進行高溫加熱,熔制成型后,經退火、淬火等一系列步驟制成,
但你知道嗎,自然界中有很多天然形成的“玻璃”,比如珍珠巖、浮巖等。比如說珍珠巖,是火山噴發的酸性熔巖經急劇冷卻而成的玻璃質巖石。
天然玻璃多是顆粒狀,現代工業制造的玻璃那就形態各異了,不過,蝌蚪狀的玻璃你見過嗎?
超能玻璃魯珀特之淚
有人說它是愛神的眼淚,它不似玻璃,確是玻璃,又或者說它是一塊極富矛盾特質的“超能玻璃”,能承受巨大壓力,輕輕一捏卻又會粉身碎骨。
它就是神秘的魯珀特之淚,又被稱作“愛神之淚”,
與眾不同的“愛神之淚”制作方法并不復雜,只要將高溫熔化的玻璃靠重力自然滴入冰水中,靠著極大的溫差,魯珀特之淚就在“冰與火”中悄然綻放。
魯珀特之淚,圖片來源 bucuo
為什么說它是“超能玻璃”呢?這是由于這種玻璃有著奇妙的物理特性,“淚珠”本身比一般玻璃堅硬很多,能承受巨大壓力而不破碎,連子彈打擊都不怕。
魯珀特之淚能承受子彈打擊,圖片來源 baijiahao
然而,若是抓住其纖細的尾巴,稍微施加一些壓力,那么整顆玻璃淚滴就會瞬間粉碎,它不是簡單地破裂,而是“ 粉碎性骨折”,
魯珀特之淚破碎瞬間,圖片來源 baijiahao
這是什么原理呢?
科學家用交叉偏振光鏡觀測到了它頭部的壓力分布很不均衡,
偏振光鏡下的魯珀特之淚,圖片來源 baidu
當高溫玻璃滴入冰水中時,玻璃表面迅速冷卻形成外殼,而殼下的玻璃仍然是液態。等內部的玻璃凝固后,會拉著已經是固態的外殼收縮,一股極大的拉應力就此產生,
“頭部”強大的“外壓內拉”作用力決定了魯珀特之淚強度很大,在液壓機面前也毫無懼色,面對子彈依舊昂首挺胸。
但它的尾巴卻特別脆弱,輕輕一捏,便會爆炸似的“粉身碎骨”。
交叉偏振光鏡觀測到了它尾部越靠近尖端壓力越均衡,也就是說在整個魯珀特之淚上,尾端的“外壓內拉”是最不明顯的,所以尾端抗打擊能力是最弱的,
這里還要講到“裂紋擴展”原理,即當尾端外部遭到破壞時,原玻璃內殘余應力迅速釋放出來,裂紋以飛快的速度在其表面蔓延,玻璃瞬間化為粉末,營造出“爆炸”般的視覺效果,
這就是魯珀特之淚矛盾特質的由來。
英雄色彩的“防彈玻璃”
當然,抗壓能力強的玻璃并不是僅此一家,
1998年2月的一個夜晚,格魯吉亞總統謝瓦爾德納澤乘著一輛車,20多個殺手半路殺出,向其掃射并投擲手榴彈,謝瓦爾德納澤卻毫發無損,
原來,是車上特殊的防彈窗救了他一命,這種具有“英雄色彩”的新型玻璃就是“防彈玻璃”,說起來防彈玻璃的組成不算復雜,它是由普通玻璃和優質工程塑膠經特殊加工得到的一種復合型材料,
例如,在兩塊普通玻璃層中夾上聚碳酸酯材料層,就形成了一種比普通玻璃更厚的特殊玻璃,這種玻璃抗壓能力強,可以承受巨大的沖擊力,可用作防彈玻璃,防彈玻璃的內部結構大致分為三層:承力層,過渡層,安全防護層。
當子彈射入防彈玻璃時,最外層的承力層被打碎,破壞彈頭或改變彈頭形狀,削減部分子彈的能量。
減慢的子彈擊中內層較為柔韌的部分——過渡層時,被阻斷了去路,子彈的動能轉化為玻璃的彈性勢能和碎片的能量,柔韌的“夾心層”憑借內部強大的張力,“以柔克剛”,擋住了氣勢洶洶的子彈。
最后一關就是安全防護層,在這里,絕大部分沖擊能被吸收,保證子彈不能穿過此層,就這樣,看似脆弱的玻璃擋住了威力巨大的子彈。
四千年前,人類偶然發現天然形成的玻璃碎片,接受了自然界帶給我們的禮物。在之后的漫長歲月里,人類從最原始的用天然形成的玻璃碎片做裝飾物,到大量制作玻璃器皿和門窗,再到逐漸開發出具備各種特殊性能的特種玻璃,對玻璃的應用越來越廣闊。
今天,玻璃在光伏發電領域的作用被科學家們發現,被譽為“新型節能采光材料”的低輻射玻璃應運而生,或許,不久的將來我們會見到更多神奇的玻璃。