永不破碎的玻璃梦:玻璃是如何影响人类科学发展的?

帝江叙事 2024-11-18 08:56:04

玻璃是我们日常生活中离不开的材料,随着技术的推进,人们对玻璃的要求也在日益增高。

我们不仅希望它完全透明,还希望它能防刮、轻薄,甚至柔软,最好是永远不碎。

那么,永不破碎的玻璃究竟能不能被制造出来呢?

乔布斯这个人你一定知道,也许你手中还有一台iPhone手机。

可以说,智能手机的出现让玻璃的研制达到了一个很大的跨越。

起初,iPhone原型机的屏幕是塑料做的,结果特别容易被刮花,于是乔布斯就想到了玻璃。

当然,普通的玻璃肯定不行,它们还是会被刮伤,而且容易碎。

美国有一家很出名的陶瓷公司,康宁公司,乔布斯就找到这家公司的老板帮忙研究一种新玻璃,这就是大猩猩玻璃的由来。

作为一款铝硅钢化玻璃,大猩猩玻璃迅速火遍全球,在过去的17年里,可能有几十亿台电子设备都用了这种玻璃。

关键的是,它越来越结实。

追溯玻璃的历史,可达数十亿年之久,所以它完全是自然形成的东西。

例如,陨石撞地球、打雷闪电,还有火山爆发的时候都能形成玻璃。

不过,人类发现玻璃好用,那也是相当久远的事情了。

大概120万年前,人们就开始用黑曜石这种火山玻璃来做切割工具、箭头和矛尖。

现在,有些手术刀的刀尖还是用黑曜石做的,因为它真的很锋利,锋利到纳米级别!

而人类自己制造玻璃大概在5600年左右。

普通玻璃的制作并不复杂,只需要把沙子(主要就是石英)烧得滚烫滚烫的,然后再突然冷却,就能得到玻璃了。

这种玻璃抗压能力差,很容易就碎掉了。

为了解决这个问题,制造商们绞尽脑汁想出了许多办法让玻璃更好用,于是他们往里面加了很多东西。

比如,很久前人们加入碳酸钠(大家常说的苏打)和氧化钙(也就是石灰),这样玻璃熔化的温度就从超级高的1700度降到了比较温和的1000度左右。

还有一种特别的玻璃,它里面加了三氧化二硼,就变成了硼硅玻璃。

硼硅玻璃的特点是,不管温度怎么变,它都不会轻易碎掉。

所以,实验室里那些装疫苗的瓶子、烧杯之类的,都是用这种玻璃做的。

人类发展玻璃是一个极其漫长的过程,可能发现玻璃都仅是个意外。

直到大概公元100年的时候,人类才开始在玻璃里加点二氧化锰,这样做出来的玻璃虽然不是完全透明,但是已经能让阳光透进来了。

从那以后,玻璃就开始被用来做窗户了。

提到透明的玻璃,就要讲一段小故事。

很久很久以前,在还没有透明玻璃的时候,威尼斯做的玻璃就非常出色,但制作玻璃需要很高的温度,而威尼斯又是一个木头房子很多的地方,很容易着火。

所以,威尼斯政府就想了个办法,把所有的玻璃匠人都搬到了意大利的穆拉诺岛。

这个岛后来就变成了玻璃的世界,做的玻璃器皿既好看又复杂,特别有名。

就在穆拉诺岛,人们终于做出了透明的玻璃,他们是怎么做到的呢?

原来,他们找到了一种含有很多氧化钾和锰的海藻,他们把海藻烧成灰加到玻璃里,结果玻璃就变得透明了。

按照科学的解释,这是因为玻璃里的电子不喜欢动,所以光可以直接穿过去。

根据这个科学原理,人们做出了彩色的玻璃,只要往玻璃里加点别的东西,改变一下电子的喜好,玻璃就会变成各种各样的颜色啦!

透明玻璃在历史上可是个大事儿,主要是因为它有三个特别重要的用处。

也是在很久很久以前,在1300年代的意大利北部,有人把透明玻璃磨成小圆盘,这些圆盘中间鼓鼓的,边缘薄薄的,看起来就像小扁豆一样,所以大家都叫它们“镜片”。

那时候,因为当地人认识字的人没几个,所以这种能看清远处东西的眼镜主要是给牧师用的。

当然,随着人们文化程度的提升,眼镜也成了一部份人群离不开的必须品了。

还是在很久很久以前,有一对父子,汉斯和扎卡里亚斯·杨森,他们突发奇想,把两片镜片叠在一起,结果做出了一个像放大镜一样的东西,这可能是世界上最早的显微镜。

后来,又有一个叫安东尼·范·列文虎克的人,他特别擅长磨镜片,将原本显微镜的20倍成像变成了200倍,所以人类终于看到了人体细胞。

1608年,有个眼镜师傅叫汉斯·利珀希,他发明了一种像望远镜一样的眼镜,本来是想用来偷看敌人的。

结果第二年,伽利略听说了这个发明,他觉得这个望远镜可以看天空,于是他发现了月亮上有环形山,金星会变化形状,还看到了木星旁边有四颗小卫星在转。

这些发现让大家开始怀疑以前认为地球是宇宙中心的想法,因为伽利略看到那些卫星明显是绕着木星转的,金星的变化也说明它可能是绕着太阳转的。

直截了当的说,透明玻璃的出现,带动了科学的发展。

现在,人类有了比水还要透明的玻璃,主要是用来制造光纤的那种。

但是,玻璃虽然透明,却很容易碎,那怎么办呢?

科学家们想到了一个办法,他们用硅酸铝做基础,然后把玻璃放到420度的高温钾盐水里泡一泡。

这样,玻璃里的钠原子就会被钾原子换掉。

钾原子比钠原子大,但玻璃还是保持原来的大小不变,所以钾原子们就挤在一起,让玻璃变得更结实了。

至于能否造出永远不会碎的玻璃,我们承认现在照比以前玻璃的耐用性有了很大提升和特色,但就目前而言,很难达到永久不碎。

但科学家们和工程师们已经在不断努力提高玻璃材料的耐用性和强度,以应对各种挑战和需求。

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