玻璃材料技术的最新进展?

材料科学进展“，

材料科学是一个充满活力的领域，有一些困难的期望。你必须始终致力于制造地球上最坚固、最耐用、最便宜的物品。也许你甚至想要制造一种从未见过的全新材料。因此，当我看到一个旧的结构只做了一个小小的调整就变成了新的，对我来说总是一种享受。在这种情况下，我们来看看人类制造的一种至今仍在使用的最古老的材料:玻璃。

创新:波长选择器

想象一下，如果玻璃可以用来选择特定波长的光，并且在你选择后没有任何残留的光。特别定制的晶体将被使用，但它们可能非常昂贵。进入无容器研究公司的玻璃产品部门和他们的REAL(稀土铝氧化物)玻璃。它不仅具有特定波长的能力，而且还可以根据用户的需要进行更改，而不用担心其他潜在波长的泄漏。此外，它可以用于计算机通信，应用于激光，并可以在小范围内制造(罗伊)。

创新:悬浮

是的，漂浮的玻璃人。科学家们利用美国宇航局马歇尔太空飞行中心的静电悬浮器，在混合材料的同时，使用六台静电发电机来悬浮玻璃。使用激光将玻璃熔化，使科学家能够测量玻璃的性能，这在容器中是不可能实现的，包括是否没有污染。这意味着可以制造出新的玻璃化合物(同上)。

创新:金属性能

在20世纪50年代，科学家们发现了将金属化合物混合到玻璃中的能力。直到20世纪90年代初，大规模生产的能力才被开发出来。事实上，1993年，加州理工学院的比尔·约翰逊博士和他的同事们找到了一种方法，将五种元素混合在一起，形成金属玻璃，这种玻璃可以批量生产。这面玻璃背后的研究是非凡的;很多工作不仅是在地球上完成的，而且是在太空中完成的。熔化的化合物在两次单独的航天飞机任务中飞行，以观察它们在微重力环境下结合时的反应。这是为了确保玻璃中没有污染物。这种新型混合材料的用途包括运动设备、军事装备、医疗设备，甚至是创世纪号太空探测器的太阳粒子收集器(同上)。

通常情况下，坚固的材料是刚性的，很容易断裂。如果某物很硬，那么它就很容易弯曲。玻璃绝对属于坚硬的范畴，而钢则是一种坚硬的材料。同时拥有这两种属性是非常棒的，加州理工学院的Marios Dementriou在伯克利实验室的帮助下做到了这一点。他和他的团队用金属制成了一种玻璃(对不起，星际迷航的粉丝们还没有透明的铝)，它的强度是传统玻璃的2倍，和钢铁一样坚韧。制造这种玻璃需要109种不同的化合物，包括钯和银。后两者是关键成分，因为它们比传统玻璃更耐应力，因为它们更容易产生剪切带(应力区域)，但不易形成裂纹。这给了玻璃一些类似塑料的品质。这种材料被熔化并迅速冷却，导致原子以类似于玻璃的随机模式冻结。然而，与普通玻璃不同的是，这种材料不会形成传统的剪切带(应力形成的)，而是形成一种似乎加强材料的连锁图案(Stanley 14, Yarris)。

创新:抗爆炸

并不是说我们能找到很多我们想要测试的例子，但新的玻璃正在制造，可以承受近距离爆炸。普通的防爆玻璃是用夹胶玻璃制成，中间夹一层塑料片。然而，在这个新版本中，塑料是用玻璃纤维加强的，玻璃纤维是人类头发厚度的一半，并以随机的模式分布。是的，它会破裂，但不会分崩离析，这取决于爆炸的强度。它不仅具有防爆性能，而且只有半英寸厚，这意味着制造它所需的材料更少，从而降低了成本(生活科学)。

创新:弹性

想象一下，找到一种方法将玻璃的特性与贝壳结合起来。到底有谁会想做这种事?麦吉尔大学的研究人员做到了。他们发明了一种玻璃杯，这种玻璃杯掉落时不会碎，但会弯曲变形。关键在于珍珠等物品中发现的被称为珍珠的坚硬贝壳材料，它坚韧而紧凑。通过检查珍珠的边缘，研究人员使用激光在玻璃中复制了这种结构，珍珠的边缘相互交织以增强其强度。玻璃的耐用性提高了200多倍，这不是一件可以嘲笑的事情(卢布)。

当然，用另一种方法来制造柔性玻璃也是可能的。你看，玻璃通常是由磷和硅的混合物组成的，它们以半随机的顺序排列，这赋予了它许多独特的性质，但不幸的是，其中之一就是脆性。必须对混合物采取一些措施来加强它，防止它破碎。来自东京工业大学的Seiji Inaba领导的团队用他们的柔性玻璃做到了这一点。他们取出这种混合物，将磷排列成长而弱连接的链，这样它就能模仿橡胶一样的物质。这种材料的应用有很多，但包括防弹技术和柔性电子产品。然而，对这种材料的测试表明，它只有在220-250摄氏度左右的温度下才可行，所以现在先不要庆祝(Bourzac 12)。

创新:电

那么，像电池一样的玻璃呢?相信!在阿菲恩和莱因哈德·内斯珀的带领下，苏黎世联邦理工学院的科学家们发明了一种可以提高锂离子电池储能能力的材料。关键是氧化钒和锂硼酸盐复合玻璃在900摄氏度下煮熟，冷却后粉碎成粉末。然后被制成薄片，外层覆盖一层氧化石墨。钒的优点是能够达到不同的氧化态，这意味着它有更多的方式失去电子，从而可以更好地转移果汁。但不幸的是，在晶体状态下，它失去了一些传递这些不同状态的能力，因为分子结构变得太大，无法承载它所携带的电荷。但当形成玻璃时，钒储存电荷和转移电荷的能力最大化。这是因为玻璃结构的混沌性质允许分子在电荷收集时膨胀。硼酸盐恰好是玻璃生产中经常使用的材料，而石墨提供了结构，也不阻碍电子流动。 Lab studies showed that the glass provided a charge nearly 1.5 to 2 times longer than traditional ion batteries (Zurich, Nield).

作品的引用

Bourzac凯瑟琳。“橡胶玻璃。”科学美国人2015年3月:12。打印

LifeScience员工。“新型玻璃抗小爆炸。”NBCNews.com。nbc新闻2009年9月11日。2015年9月29日。

Nield,大卫。“一种新型玻璃可以让你的智能手机电池续航时间延长一倍。”Gizmag.com．Gizmag 2015年1月18日。2015年10月7日。

罗伊,史蒂夫。“一种新型玻璃。”NASA.gov。美国宇航局，2004年3月5日。2015年9月27日。

卢布,金伯利。“新型玻璃会弯曲但不会破碎。”Guardianlv.com。自由之声2014年1月29日。2015年10月5日。

斯坦利,萨拉。"奇怪的新玻璃被证明比钢铁耐用两倍"发现2011年5月:14。打印。

Yarris,林恩。"新型玻璃顶钢的强度和韧性"Newscenter.ibl.gov。伯克利实验室，2011年1月10日。2015年9月30日。

苏黎世,埃里克。“新型玻璃可能会使电池容量翻倍。”Futurity.com．2015年1月14日。2015年10月7日。

©2016 Leonard Kelley