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玻璃(硅酸盐类非金属材料)

玻璃是非晶无机非金属材料,一般是用多种无机矿物(如石英砂、硼砂、硼酸、重晶石、碳酸钡、石灰石、长石、纯碱等)为主要原料,另外加入少量辅助原料制成的。它的主要成分为二氧化硅和其他氧化物。 [1] 普通玻璃的化学组成是Na2SiO3、CaSiO3、SiO2或Na2OCaO6SiO2等,主要成分是硅酸盐复盐,是一种无规则结构的非晶态固体。广泛应用于建筑物,用来隔风透光,属于混合物。另有混入了某些金属的氧化物或者盐类而显现出颜色的有色玻璃,和通过物理或者化学的方法制得的钢化玻璃等。有时把一些透明的塑料(如聚甲基丙烯酸甲酯)也称作有机玻璃。

世界最早的玻璃制造者为古埃及人。玻璃的出现与使用在人类的生活里已有四千多年的历史,从4000年前的美索不达米亚和古埃及的遗迹里,都曾有小玻璃珠的出土。 [3-4]

公元12世纪,出现了商品玻璃,并开始成为工业材料。18世纪,为适应制望远镜的需要,制出光学玻璃。1874年,比利时首先制出平板玻璃。1906年,美国制出平板玻璃引上机,此后,随着玻璃生产的工业化和规模化,各种用途和各种性能的玻璃相继问世。现代,玻璃已成为日常生活、生产和科学技术领域的重要材料。

3000多年前,一艘欧洲腓尼基人的商船,满载着晶体矿物“天然苏打”,航行在地中海沿岸的贝鲁斯河上。由于海水落潮,商船搁浅了,于是船员们纷纷登上沙滩。有的船员还抬来大锅,搬来木柴,并用几块“天然苏打”作为大锅的支架,在沙滩上做起饭来。

船员们吃完饭,潮水开始上涨了。他们正准备收拾一下登船继续航行时,突然有人高喊:“大家快来看啊,锅下面的沙地上有一些晶莹明亮、闪闪发光的东西!”

船员们把这些闪烁光芒的东西,带到船上仔细研究起来。他们发现,这些亮晶晶的东西上粘有一些石英砂和融化的天然苏打。原来,这些闪光的东西,是他们做饭时用来做锅的支架的天然苏打,在火焰的作用下,与沙滩上的石英砂发生化学反应而产生的物质,这就是最早的玻璃。后来腓尼基人把石英砂和天然苏打和在一起,然后用一种特制的炉子熔化,制成玻璃球,使腓尼基人发了一笔大财。

大约在4世纪,古罗马人开始把玻璃应用在门窗上,到1291年,意大利的玻璃制造技术已经非常发达。

就这样,意大利的玻璃工匠都被送到一个与世隔绝的孤岛上生产玻璃,他们在一生当中不准离开这座孤岛。

1688年,一名叫纳夫的人发明了制作大块玻璃的工艺,从此,玻璃成了普通的物品。

玻璃:此为梵语音,非现在所谓之玻璃。又作颇黎,新译作颇置迦、娑颇致迦、塞波致迦等,相当于此方之水精(晶)。

汉译作水晶,有紫、白、红、碧四色。

《玄应音义》曰:「颇黎,西国宝名也,此云水玉,或云白珠。」

《大论》云:「此宝出山石窟中,过千年,冰化为颇黎珠。」

《慧苑音义》云此宝:「形如水精,光莹精妙於水精,有黄、碧、紫、白四色差别。

明代李时珍《本草纲目》:「玻璃,本作颇黎」。颇黎国名也。其莹如水,其坚如玉,故名水玉。与水精同名。

几百年来,人们一直认为玻璃是绿色的,是无法改变的。后来发现绿色来自原料中少量的铁,二价铁的化合物使得玻璃显绿色。在加入二氧化锰以后,原来的二价铁变成三价铁显黄色,而四价锰被还原成三价锰呈紫色。光学上,黄色和紫色在一定程度上可以互补,混合在一起成为白光,玻璃就不偏色了。不过若干年后,三价锰被空气继续氧化,黄色会逐渐增强,所以那些古老房屋的窗玻璃会略微带点黄色。

通性玻璃是一种无规则结构的非晶态固体(从微观上看,玻璃也是一种液体),其分子不像晶体那样在空间具有长程有序的排列,而近似于液体那样具有短程有序。玻璃像固体一样保持特定的外形,不像液体那样随重力作用而流动。

玻璃的分子排列是无规则的,其分子在空间中具有统计上的均匀性。在理想状态下,均质玻璃的物理、化学性质(如折射率、硬度、弹性模量、热膨胀系数、导热率、电导率等)在各方向都是相同的。

因为玻璃是混合物,非晶体,所以无固定熔沸点。玻璃由固体转变为液体是一定温度区域(即软化温度范围)内进行的,它与结晶物质不同,没有固定的熔点。软化温度范围Tg~T1,Tg为转变温度,T1为液相线温度,对应的黏度分别为1013.4 dPas、104~6dPas。

玻璃态物质一般是由熔融体快速冷却而得到,从熔融态向玻璃态转变时,冷却过程中黏度急剧增大,质点来不及做有规则排列而形成晶体,没有释出结晶潜热,因此,玻璃态物质比结晶态物质含有较高的内能,其能量介于熔融态和结晶态之间,属于亚稳状态。从力学观点看,玻璃是一种不稳定的高能状态,比如存在低能量状态转化的趋势,即有析晶倾向,所以,玻璃是一种亚稳态固体材料。

玻璃态物质从熔融态到固体状态的过程是渐变的,其物理、化学性质的变化也是连续的和渐变的。这与熔体的结晶过程明显不同,结晶过程必然出现新相,在结晶温度点附近,许多性质会发生突变。而玻璃态物质从熔融状态到固体状态是在较宽温度范围内完成的,随着温度逐渐降低,玻璃熔体黏度逐渐增大,最后形成固态玻璃,但是过程中没有新相形成。相反玻璃加热变为熔体的过程也是渐变的。

有石英玻璃、硅酸盐玻璃、钠钙玻璃、氟化物玻璃、高温玻璃、耐高压玻璃、防紫外线玻璃、防爆玻璃等。通常指硅酸盐玻璃,以石英砂、纯碱、长石及石灰石等为原料,经混和、高温熔融、匀化后,加工成形,再经退火而得。广泛用于建筑、日用、艺术、医疗、化学、电子、仪表、核工程等领域。

热熔玻璃、浮雕玻璃、锻打玻璃、晶彩玻璃、琉璃玻璃、夹丝玻璃、聚晶玻璃、玻璃马赛克、钢化玻璃、夹层玻璃、中空玻璃、调光玻璃、发光玻璃。

陈设工艺品这一块越来越多人关注,其中有很大一部分的工艺品造型由玻璃制造。

玻璃简单分类主要分为平板玻璃和深加工玻璃。平板玻璃主要分为三种:即引上法平板玻璃(分有槽/无槽两种)、平拉法平板玻璃和浮法玻璃。由于浮法玻璃具有厚度均匀、上下表面平整平行,再加上劳动生产率高及利于管理等方面的因素影响,浮法玻璃正成为玻璃制造方式的主流。而特种玻璃则品种众多,下面按装修中常见的品种一一说明:

一、 普通平板玻璃

1、 3--4厘玻璃, mm在日常中也称为厘或者个。我们所说的3厘(个)玻璃,就是指厚度3mm的玻璃。这种规格的玻璃主要用于画框表面。

2、 5--6厘玻璃,主要用于外墙窗户、门扇等小面积透光造型等等。

3、 7--9厘玻璃,主要用于室内屏风等较大面积但又有框架保护的造型之中。

4、 9--10厘玻璃,可用于室内大面积隔断、栏杆等装修项目。

5、 11--12厘玻璃,可用于地弹簧玻璃门和一些活动人流较大的隔断。

6、 15厘以上玻璃,一般市面上销售较少,往往需要订货,主要用于较大面积的地弹簧玻璃门和外墙整块玻璃墙面。

二、深加工玻璃

为达到生产生活中的各种需求,人们对普通平板玻璃进行深加工处理,主要分类:

1、钢化玻璃。它是普通平板玻璃经过再加工处理而成一种预应力玻璃。钢化玻璃相对于普通平板玻璃来说,具有两大特征:

(1)前者强度是后者的数倍,抗拉度是后者的3倍以上,抗冲击是后者5 倍以上。

(2)钢化玻璃不容易破碎,即使破碎也会以无锐角的颗粒形式碎裂,对人体伤害大大降低。

2、磨砂玻璃。它也是在普通平板玻璃上面再磨砂加工而成。一般厚度多在9厘以下,以5、6厘厚度居多。

3、喷砂玻璃。性能上基本上与磨砂玻璃相似,不同的改磨砂为喷砂。由于两者视觉上类同,很多业主,甚至装修专业人员都把它们混为一谈。

4、 压花玻璃。是采用压延方法制造的一种平板玻璃。其最大的特点是透光不透明,多使用于洗手间等装修区域。

5、 夹丝玻璃。是采用压延方法,将金属丝或金属网嵌于玻璃板内制成的一种具有抗冲击平板玻璃,受撞击时只会形成辐射状裂纹而不至于堕下伤人。故多采用于高层楼宇和震荡性强的厂房。

6、 中空玻璃。多采用胶接法将两块玻璃保持一定间隔,间隔中是干燥的空气,周边再用密封材料密封而成,主要用于有隔音隔热要求的装修工程之中。

7、 夹层玻璃。夹层玻璃一般由两片普通平板玻璃(也可以是钢化玻璃或其他特殊玻璃)和玻璃之间的有机胶合层构成。当受到破坏时,碎片仍粘附在胶层上,避免了碎片飞溅对人体的伤害。多用于有安全要求的装修项目。

8、防弹玻璃。实际上就是夹层玻璃的一种,只是构成的玻璃多采用强度较高的钢化玻璃,而且夹层的数量也相对较多。多采用于银行或者豪宅等对安全要求非常高的装修工程之中。

9、热弯玻璃。由优质平板玻璃加热软化在模具中成型,再经退火制成的曲面玻璃。样式美观,线条流畅,在一些高级装修中出现的频率越来越高。

10、玻璃砖。玻璃砖的制作工艺基本和平板玻璃一样,不同的是成型方法。

其中间为干燥的空气。多用于装饰性项目或者有保温要求的透光造型之中。

11、玻璃纸。也称玻璃膜,具有多种颜色和花色。根据纸膜的性能不同,具有不同的性能。绝大部分起隔热、防红外线、防紫外线、防爆等作用。

12、LED光电玻璃。光电玻璃是一种新型环保节能产品,是LED和玻璃的结合体,既有玻璃的通透性,又有LED的亮度,主要用于室内外装饰和广告。

13、调光玻璃:通电呈现玻璃本质透明状,断电时呈现白色磨砂状不透明,不透明状态下,可以做为背投幕。

14、节能玻璃:中空玻璃、真空玻璃、低辐射玻璃、Coating low-e玻璃,纳米涂膜玻璃,隔热玻璃等。

玻璃通常按主要成分分为氧化物玻璃和非氧化物玻璃。非氧化物玻璃品种和数量很少,主要有硫系玻璃和卤化物玻璃。硫系玻璃的阴离子多为硫、硒、碲等,可截止短波长光线而通过黄 、红光 ,以及近、远红外光,其电阻低,具有开关与记忆特性。卤化物玻璃的折射率低,色散低,多用作光学玻璃。

氧化物玻璃又分为硅酸盐玻璃、硼酸盐玻璃、磷酸盐玻璃等。硅酸盐玻璃指基本成分为SiO2的玻璃,其品种多,用途广。通常按玻璃中SiO2以及碱金属、碱土金属氧化物的不同含量,又分为:

①石英玻璃。SiO2含量大于99.5%,热膨胀系数低,耐高温,化学稳定性好,透紫外光和红外光,熔制温度高、粘度大,成型较难。多用于半导体、电光源、光导通信、激光等技术和光学仪器中。

②高硅氧玻璃。也称vycor玻璃,主要成分为SiO2含量约95%~98%,含少量B2O3和Na2O,其性质与石英玻璃相似。

③钠钙玻璃。以SiO2含量为主,还含有15%的Na2O和16%的 CaO,其成本低廉,易成型,适宜大规模生产,其产量占实用玻璃的90%。可生产玻璃瓶罐、平板玻璃、器皿、灯泡等。

④铅硅酸盐玻璃。主要成分有 SiO2 和 PbO ,具有独特的高折射率和高体积电阻,与金属有良好的浸润性,可用于制造灯泡、真空管芯柱、晶质玻璃器皿、火石光学玻璃等。含有大量 PbO的铅玻璃能阻挡X射线和γ射线。

⑤铝硅酸盐玻璃。以 SiO2和Al2O3为主要成分,软化变形温度高,用于制作放电灯泡、高温玻璃温度计、化学燃烧管和玻璃纤维等。

⑥硼硅酸盐玻璃。以 SiO2和B2O3 为主要成分,具有良好的耐热性和化学稳定性,用以制造烹饪器具、实验室仪器、金属焊封玻璃等。硼酸盐玻璃以 B2O3为主要成分,熔融温度低,可抵抗钠蒸气腐蚀。含稀土元素的硼酸盐玻璃折射率高、色散低,是一种新型光学玻璃。磷酸盐玻璃以 P2O5为主要成分,折射率低、色散低,用于光学仪器中。

(1)普通玻璃(Na2SiO3、CaSiO3、SiO2或Na2OCaO6SiO2)。

(2)石英玻璃(以纯净的石英为主要原料制成的玻璃,成分仅为SiO2)。

(3)钢化玻璃(与普通玻璃成分相同)。

(4)钾玻璃(K2O、CaO、SiO2)。

(5)硼酸盐玻璃(SiO2、B2O3)。

(6)有色玻璃在(普通玻璃制造过程中加入一些金属氧化物。Cu2O红色;CuO蓝绿色;CdO浅黄色;Co2O3蓝色;Ni2O3墨绿色;MnO2蓝紫色;胶体Au红色;胶体Ag黄色)。

(7)变色玻璃(用稀土元素的氧化物作为着色剂的高级有色玻璃)。

(8)光学玻璃(在普通的硼硅酸盐玻璃原料中加入少量对光敏感的物质,如AgCl、AgBr等,再加入极少量的敏化剂,如CuO等,使玻璃对光线变得更加敏感)。

(9)彩虹玻璃(在普通玻璃原料中加入大量氟化物、少量的敏化剂和溴化物制成)。

(10)防护玻璃(在普通玻璃制造过程加入适当辅助料,使其具有防止强光、强热或辐射线透过而保护人身安全的功能。如灰色重铬酸盐,氧化铁吸收紫外线和部分可见光;蓝绿色氧化镍、氧化亚铁吸收红外线和部分可见光;铅玻璃氧化铅吸收X射线和r射线;暗蓝色重铬酸盐、氧化亚铁、氧化铁吸收紫外线、红外线和大部分可见光;加入氧化镉和氧化硼吸收中子流。

(11)微晶玻璃(又叫结晶玻璃或玻璃陶瓷,是在普通玻璃中加入金、银、铜等晶核制成,代替不锈钢和宝石,作雷达罩和导弹头等)。

(12)玻璃纤维(由熔融玻璃拉成或吹成的直径为几微米至几千微米的纤维,成分与玻璃相同)。

(13)玻璃丝(即长玻璃纤维)。

(14)玻璃钢(由环氧树脂与玻璃纤维复合而得到的强度类似钢材的增强塑料)。

(15)玻璃纸(用粘胶溶液制成的透明的纤维素薄膜)。

(16)水玻璃(Na2SiO3)的水溶液,因与普通玻璃中部分成分相同而得名)。

(17)金属玻璃(玻璃态金属,一般由熔融的金属迅速冷却而制得)。

(18)萤石(氟石)(无色透明的CaF2,用作光学仪器中的棱镜和透光镜)。

此外,玻璃按性能特点又分为:钢化玻璃、多孔玻璃(即泡沫玻璃,孔径约40nm,用于海水淡化、病毒过滤等方面)、导电玻璃(用作电极和飞机风挡玻璃)、微晶玻璃、乳浊玻璃(用于照明器件和装饰物品等)和中空玻璃(用作门窗玻璃)等。

汽车玻璃的分类

汽车夹层玻璃

夹层玻璃是指用一种透明可粘合性塑料膜贴在二层或三层玻璃之间,将塑料的强韧性和玻璃的坚硬性结合在一起,增加了玻璃的抗破碎能力,破碎后仍然能够保持能见度。多用于汽车挡风玻璃。

汽车区域钢化玻璃

区域钢化玻璃是钢化玻璃的一种新品种,它经过特殊处理,能够在受到冲击破裂时,其玻璃的裂纹仍可以保持一定的清晰度,保证驾驶者的视野区域不受影响。多用于汽车挡风玻璃及仪表保护屏。

防火玻璃主要有五种,其一是夹层复合防火玻璃,其二是夹丝防火玻璃,其三是特种防火玻璃,其四是中空防火玻璃,其五是高强度单层铯钾防火玻璃。当然科技是在不断的发展,所以相关的方面也是在不断的改善,不同类别的玻璃它的效用是不一样的,所以其相关的制作工艺以及使用用途是不同的,这是需要我们进行细致化考虑和分析的。

玻璃生产的主要原料有玻璃形成体、玻璃调整物和玻璃中间体,其余为辅助原料。主要原料指引入玻璃形成网络的氧化物、中间体氧化物和网络外氧化物;辅助原料包括澄清剂、助熔剂、乳浊剂、着色剂、脱色剂、氧化剂和还原剂等。

主要包括:

①原料预加工。将块状原料(石英砂、纯碱、石灰石、长石等)粉碎,使潮湿原料干燥,将含铁原料进行除铁处理,以保证玻璃质量。

②配合料制备。

③熔制。玻璃配合料在池窑或坩埚窑内进行高温(1550~1600度)加热,使之形成均匀、无气泡,并符合成型要求的液态玻璃。

④成型。将液态玻璃加工成所要求形状的制品,如平板、各种器皿等。

⑤热处理。通过退火、淬火等工艺,消除或产生玻璃内部的应力、分相或晶化,以及改变玻璃的结构状态。

磨砂玻璃加工方法

先将需要加工的平板玻璃平放在垫有粗呢或棉毯的工作台上,再在玻璃面上堆放适量的细金刚砂,用粗瓷碗反扣住金刚砂,用双手轻压碗底转圈推动。也可使用较高号水磨石地面用的磨石研磨。研磨操作应从四周边角开始逐步移向中间,直至把玻璃面研磨呈均匀的乳白色,达到透光不透视即可。

银光刻花玻璃加工方法:

先把平板玻璃用清水洗净晾干后满涂石蜡,然后在石蜡上刻掉成各种花纹,用1:5浓度的氢氟酸溶液腐蚀玻璃面。最后倒去氢氟酸清除石蜡,用水把玻璃清洗干净为止。

其他如彩色玻璃可采用裱贴或喷涂方法加工,具体方法从略。在地面和立墙上弹线,令做好下部墙体结构、骨架立柱横梁的固定,玻璃加工裁割安装上部及全部木(金属)骨架,玻璃安装,镶边油漆及清理。

根据种类不同,玻璃有不同的特性。下面按照建筑玻璃分类方法分别介绍如下:

1、良好的透视、透光性能(3mm、5mm厚的镜片玻璃的可见光透射比分别为87%和84%)。对太阳光中近红外热射线的透过率较高,但对可见光折射至室内墙顶地面和家具、织物而反射产生的远红外长波热射线却有效阻挡,故可产生明显的“暖房效应”。净片玻璃对太阳光中紫外线的透过率较低;

2、隔声、有一定的保温性能;

3、抗拉强度远小于抗压强度,是典型的脆性材料;

4、有较高的化学稳定性,通常情况下,对酸碱盐及化学试剂盒气体都有较强的抵抗能力,但长期遭受侵蚀性介质的作用也能导致变质和破坏,如玻璃的风化和发霉都会导致外观破坏和透光性能降低;

5、热稳定性较差,极冷极热易发生炸裂。

1、彩色平板玻璃:可以拼成各类团,并有耐腐蚀抗冲刷、易清洗等特点。

2、釉面玻璃:具有良好的化学稳定性和装饰性。

3、压花玻璃、喷花玻璃、乳花玻璃、刻花玻璃、冰花玻璃:根据各自制作花纹的工艺不同,有各种色彩、观感、光泽效果,富有装饰性。

1、钢化玻璃:机械强度高、弹性好、热稳定性好、碎后不易伤人、不易发生自爆。

2、夹丝玻璃:受冲击或温度骤变后碎片不会飞散;可短时防止火焰蔓延;有一定的防盗、防抢作用。

3、夹层玻璃:透明度好、抗冲击性能高、夹层PVB胶片粘合作用保护碎片不散落伤人,耐久、耐热、耐湿、耐寒性高。

1、着色玻璃:有效吸收太阳辐射热,达到蔽热节能效果;吸收较多可见光,使透过的光线柔和;较强吸收紫外线,防止紫外线对室内影响;色泽艳丽耐久,增加建筑物外形美观。

2、镀膜玻璃:保温隔热效果较好,易对外面环境产生光污染。

3、中空玻璃:光学性能良好、保温隔热性能好、防结露、具有良好的隔声性能。

1、平时不要用力碰撞玻璃面,为防玻璃面刮花,最好铺上台布。在玻璃家具上搁放东西时,要轻拿轻放,切忌碰撞。

2、日常清洁时,用湿毛巾或报纸擦拭即可,如遇污迹可用毛巾蘸啤酒或温热的食醋擦除,另外也可以使用市场上出售的玻璃清洗剂,忌用酸碱性较强的溶液清洁。冬天玻璃表面易结霜,可用布蘸浓盐水或白酒来擦拭,效果很好。

3、有花纹的毛玻璃一旦脏了,可用蘸有清洁剂的牙刷,顺着图样打圈擦拭即可去除。此外,也可以在玻璃上滴点煤油或用粉笔灰和石膏粉蘸水涂在玻璃上晾干,再用干净布或棉花擦,这样玻璃既干净又明亮。

4、玻璃家具最好安放在一个较固定的地方,不要随意地来回移动;要平稳放置物件,沉重物件应放置玻璃家具底部,防止家具重心不稳造成翻倒。另外,要避免潮湿,远离炉灶,要与酸、碱等化工试剂隔绝,防止腐蚀变质。

5、使用保鲜膜和喷有洗涤剂的湿布也可以让时常沾满油污的玻璃“重获新生”。首先,将玻璃全面喷上清洁剂,再贴上保鲜膜,使凝固的油渍软化,过十分钟后,撕去保鲜膜,再以湿布擦拭即可。要想保持玻璃光洁明亮,必须经常动手清洁,玻璃上若有笔迹,可用橡皮浸水摩擦,然后再用湿布擦拭;玻璃上若有油漆,可用棉花蘸热醋擦洗;用清洁干布蘸酒精擦拭玻璃,可使其亮如水晶。

注意事项

1、在运输过程中为了避免不必要的损失,一定要注意固定和加软护垫。一般建议采用竖立的方法运输。车辆也应该注意保持稳定、慢速。

2、玻璃安装的另一面是封闭的话,要注意在安装前清洁好表面。最好使用专用的玻璃清洁剂,并且要待其干透后证实没有污痕后方可安装,安装时最好使用干净的建筑手套。

3、玻璃的安装,要使用硅酮密封胶进行固定,在窗户等安装中,还需要与橡胶密封条等配合使用。

4、在施工完毕后,要注意加贴防撞警告标志,一般可以用不干贴、彩色电工胶布等予以提示。

5、请勿用尖锐物品碰撞。

擦拭玻璃

1、擦拭玻璃:先用毛巾将玻璃框擦干净,再用玻璃刮沾稀释后的玻璃水溶液,均匀的从上到下涂抹玻璃,再重复以上工序,用玻璃刮从上到下刮干净,用干毛巾擦净框上留下的水痕,玻璃上的水痕一定要用玻璃刮擦干净,否则将会在玻璃上留下一道道痕迹。2、将醋和水按1:2的比例调和,放入喷雾中,喷在玻璃上再擦抹,就可擦得非常干净。

3、在水盆中加入5%的阿摩尼亚溶液或汽油,用其清洗玻璃,待玻璃稍干再用干布擦抹干净,玻璃即可一尘不染,光亮透明。 在擦玻璃的时候,可选用擦窗器用不同的型号,看清是擦双层玻璃的还是单层玻璃的。使用擦窗器方便、省力、安全。

4,如玻璃表面有发霉现象,可将氢氟酸(HF)与水1:8的比例调和(注意:超过1:8,会对手部造成损伤),拭擦玻璃。注意:一定要做好腐蚀防护工作,皮肤不可接触HF,否则会严重腐蚀!拭擦完玻璃后,用清水再拭擦一遍,最后将玻璃擦干。

玻璃并不完全是固体

玻璃既不是晶态,也不是非晶态,也不是多晶态,也不是混合态。理论名称叫玻璃态。玻璃态在常温下的特点是:短程有序,即在数个或数十个原子范围内,原子有序排列,呈现晶体特征;长程无序,即再增加原子数量后,便成为一种无序的排列状态,其混乱程度类似于液体。在宏观上,玻璃又是一种固态的物质。

玻璃就是这样一种物质。造成玻璃这种结构的原因是:玻璃的粘度随温度的变化速度太快,而结晶速度又太慢。当温度下降,结晶刚刚开始的时候,粘度就已经变得非常大,原子的移动被限制住,造成了这种结果。所以,玻璃态类似于固态的液体,物质中的原子永远都是处于结晶的过程中。

因此,玻璃中的原子位置看似固定,但是原子间依然有作用力促使它具备重新排列的趋势。并不是一个稳定的状态,这和石蜡中的原子状态不同。所以,同样不是晶体,常温下,石蜡完全是固体,而玻璃却可以被看作是粘度极大的液体。

揭示玻璃非固体之谜

在实验中,为了观察微观原子的真实运动情况,研究人员利用较大的胶体微粒模拟原子,并用高倍显微镜进行观察。结果发现,这些粒子形成的凝胶因为构成了二十面体结构而无法形成结晶这与20世纪50年代布里斯托尔大学的Charles Frank作出的预测相一致。这种结构解释了为什么玻璃是“玻璃”而不是液体或固体。

此次研究对于理解亚稳态材料来说是个重大的突破,它将使进一步开发金属玻璃等新材料成为可能。另外,如果能够通过操作使金属在冷却时形成玻璃一样的内部结构,将有可能大大减少金属缺陷。 [5] (科学网 梅进/编译)

(《自然材料学》(Nature Materials),doi:10.1038/nmat2219,C. Patrick Royall,Hajime Tanaka)

玻璃表面看上去是固体,实际上并不是。50多年来,科学家一直在尝试弄清玻璃的本质。英国、澳大利亚及日本的科学家联合研究发现,玻璃无法成为固体的原因在于玻璃冷却时所形成的特殊的原子结构。相关论文将在线发表于《自然材料学》(Nature Materials)上。

主要研究人员、英国布里斯托尔大学的Paddy Royall说:“一些材料在冷却时会形成结晶,其原子会以高度规则的模式进行排列,称为“晶格”(lattice)。不过玻璃在冷却时,原子拥堵在一起,几乎随机排列,妨碍了规则晶格的形成。”

玻璃是一种古老的建筑材料,随着现代科技水平的迅速提高和应用技术的日新月异,各种功能独特的玻璃纷纷问世,兴旺了玻璃家族。

英国一家飞机制造公司发明了一种用于飞机上的打不碎玻璃,它是一种夹有碎屑黏合成透明塑料薄膜的多层玻璃。这种以聚氯酯为基础的塑料薄膜具有黏滞的半液态稠度,当有人试图打碎它时,受打击的聚氯酯薄膜会慢慢聚集在一起,并恢复自己特有的整体性。这种玻璃可用于轿车,以防盗车。

防弹玻璃是由玻璃(或有机玻璃)和优质工程塑料经特殊加工得到的一种复合型材料,它通常是透明的材料,譬如PVB/聚碳酸酯纤维热塑性塑料(一般为力显树脂即lexan 树脂也叫LEXAN PC RESIN)。它具有普通玻璃的外观和传送光的行为,对小型武器的射击提供一定的保护。最厚pc板能做到136毫米厚,最大宽度达2166毫米宽,有效时间达6664天。

可钉钉玻璃

日本三菱电子仪器实验室研制成功的这种玻璃,是将硼酸玻璃粉和碳化纤维混合后加热到1000摄氏度制成。它是采用硬质合金强化的玻璃,其最大断裂应力为一般玻璃的2倍以上,无脆性弱点,钉钉和装木螺丝,不用担心破碎。

不反光玻璃

由德国SCHOTT玻璃公司开发的不反光玻璃,光线反射率仅在1%以内(一般玻璃为8%),从而解决了玻璃反光和令人目眩的头痛问题。

防盗玻璃

匈牙利一家研究所研制的这种玻璃为多层结构,每层中间嵌有极细的金属导线,万一盗贼将玻璃击碎时,与金属导线相连接的警报系统会立即发出报警信号。

隔音玻璃

日本一家公司从德国引进技术,制造出一种新型隔音玻璃。这种玻璃是用厚达5毫米的软质树脂将两层玻璃黏合在一起,几乎可将全部杂音吸收殆尽,特别适合录音室和播音室使用。它的价格相当于普通玻璃的5倍。

空调玻璃

这是一种用双层玻璃加工制造的,可将暖气送到玻璃夹层中,通过气孔散发到室内,代替暖气片。这不仅节约能量,而且方便、隔音和防尘,到了夏天还可改为送冷气。

真空玻璃

日本平板玻璃公司开发的这种真空玻璃,是在两片厚度为3毫米的玻璃之间设有0.2毫米间隔的1/100大气压的真空层,层内有金属小圆柱支撑以防外部大气压使两片玻璃贴到一起。这种真空玻璃厚度仅6.2毫米,可直接安装在一般的窗框上。它具有良好的隔热隔音效果,适用于民宅和高层建筑的窗户。

智能玻璃

美国研制的这种玻璃透明度能随着视野角度变化而变化,它有一种特殊的高分子膜,其散光度、厚度、面积和形式都能由制造者自由选择,利用它可以起到一定的保护和屏蔽作用。

全息玻璃

美国波士顿一研究小组开发的全息衍射玻璃,可将某些颜色的光线集中到选择的方位。用这种玻璃的窗户可将自然光线分解成光谱组合色,并将光线射向天花板进而反射至房间的各个角落,即使没有窗户的房间,也可以通过通风管从反射墙“得到”阳光,然后由孔眼将光线漫射到天花板上。

调温玻璃

英国一家公司研制成功被称为云胶的热变色调温玻璃,它是一种两面是塑料薄膜和中间夹着聚合物水色溶剂的合成玻璃。它在低温环境中呈透明状,吸收日光的热能,待环境温度升高后则变成不透明的白云色,并阻挡日光的热能,从而有效起到调节室内温度的作用。

生物玻璃

美国佛罗里达大学研制出一种具有生物活性能和活性组织结合的新型生物玻璃。这种生物玻璃具有生物适应性,可用于人造骨和人造齿龈等方面。

天线玻璃

日本一家公司研制成功一种电视天线窗户玻璃,这种玻璃内层嵌有很细的天线,安装好后,室内电视机就能呈现出更为清晰的画面。

薄纸玻璃

德国科学家制造出一种能用于光电子学、生物传感器、计算机显示屏和其他现代技术领域的超薄型玻璃,它的厚度仅为0.003毫米。

信息玻璃

日本德岛大学发明了一种能记录信息的玻璃。它记录信息时,先用光学显微镜将激光集中在玻璃内部的某一点上,30微微秒即完成一次照射,留下一个记录斑点,读信息时,通过激光扫描斑点来进行。这种记录信息可在常温下进行,其性能已高于大家使用的光盘。

污染变色玻璃

美国加州大气污染观测实验室研制出一种能探测污染的污染变色玻璃。这种玻璃受到污染气体污染时能改变颜色,例如当受到酸性气体污染时变成绿色、受到含胺气体污染时变成黄灰色等,用它来制作污染检测材料和标示材料将具有广泛的用途。

排二氧化碳玻璃

日本工业技术院大阪工业技术研究所开发出可透过二氧化碳的玻璃膜,将它应用在居室的玻璃窗上,可将室内的二氧化碳气体排出室外。它在不同的湿度下,透过的二氧化碳量不同,湿度越大,透过性越高。

电解雾化玻璃

电解雾化玻璃,具有耐刮、耐划,手感舒适、柔软,不带汗渍、指纹印的功能。它改变传统玻璃给人的冰冷及生硬的感观。其最大的特点就是电解雾化玻璃在通电后,会自动产生表面雾化效果,瞬间改变透明度,在外部看起来就和一般白墙无异。日本透明公厕就是应用电解雾化玻璃的效果。

泡沫玻璃

保加利亚的建材专家研制成功一种泡沫玻璃,它具有良好的生物稳定性,不腐烂,吸湿性差,便于加工,也容易与其他建筑材料黏合。这种新型泡沫玻璃是在加入各种矿物成分的液体玻璃的基础上制造成功的。

自洁玻璃

日本东京大学发明了一种二氧化钛涂层玻璃,能防止污垢和水点聚积于表面,可达到自动清洗和防震的效果,可不费气力清洁玻璃窗。


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