每个人也许都以为非常知晓玻璃。当你站在高层的一大片玻璃地板前,走过去,透过玻璃往下看,也许你不敢。其实这种担心是不必要的,因为这里用的是高强度不碎玻璃,完全可以用来代替钢筋混凝土。随着智能手机、平板电脑、3D打印机、4D打印机的问世和繁荣,玻璃家族中出现了大力士、薄皮士、可卷玻璃、智能玻璃、发电玻璃、自洁玻璃、(用电流脉冲控制的)暗化玻璃……
人类对玻璃的认识虽然已有6000年左右的历史,其实在所有材料中,玻璃是被人了解得最少的材料之一;但玻璃生产的基本原理至今没有改变:将石英砂、纯碱、长石、石灰石等原料和相应的辅料混合,让它们在高温下熔融、澄清、匀化、成形和退火处理;整个过程很快,致使过冷浆液的原子没有足够时间结晶成有序排列的晶体,其中自由电子又少,反射效应弱,可见光波段也不在其吸收波段内,大部分光线都能穿透玻璃,所以玻璃是透明的。如果混合铝氧化物、镁氧化物、硼氧化物或铅氧化物……就能生产彩色玻璃或硬质玻璃。
高强度复合玻璃的承重力通常能达到每平方米几百公斤或更大,但是玻璃生产者的着眼点并不仅仅停留在强度上,发展趋势是智能玻璃,比如电致变色玻璃已经推向市场,只要按一下按钮,接通电流,玻璃就会变颜色或者完全变黑。给玻璃镀上专门的塑料薄膜或通过添加物,嵌入在薄膜中的分子和微小的晶体便重新排列,在几秒钟内,光学性能发生改变,使人目眩的阳光便受到阻隔。
通过与太阳能电池生产厂的合作,玻璃窗可以改造成“发电厂”:将旋光性有机分子组成的透明太阳能薄膜以镀层方式结合到窗玻璃上,太阳能即可转变成办公楼的空调机用电。由于大面积的玻璃太阳能电池和有机发光二极管是用同样的材料组成的,在没有阳光的时候,发光二极管可将大面积玻璃变成一个临时光源,短时间内代替阳光。
我国国家纳米科学中心研发了纳米自洁玻璃。纳米玻璃是在原子或分子层次上控制玻璃母材的结构,使玻璃内部形成超微粒子或者分散形成另一种物质。纳米玻璃不仅保持了玻璃的性能,而且获得了许多别的光学性能和机械性能。
未来的移动显示器需要一种灵活的可卷玻璃,今天的市场已经有可强烈弯曲的面板玻璃问世,其厚度只有十分之一毫米,甚至还有更薄的玻璃,几百米长的玻璃可以卷成一个卷。可卷玻璃为快速在玻璃上打印电子元件或旋光性层创造了条件,在新型的锂电池和电容器生产上颇有应用潜能。
科学家们对未来的玻璃憧憬满怀,准备对玻璃中至今未被利用的元素进行详细研究,有专家甚至立志编一部“玻璃菜谱”——《玻璃生产工艺大全》,玻璃生产者只要提出要求,就能在书中查到相应的原料配方和生产工艺知识。