玻璃:从平凡到非凡的材料之旅
发布时间:2024-12-12 14:15:30

玻璃,一种在我们生活中无处不在却又常常被忽视的材料,有着令人惊叹的历史、多样的种类和广泛的应用

 

玻璃的历史源远流长,其起源可以追溯到美索不达米亚的青铜时代,大约 4000 年前,人类开始熔化二氧化硅,并将其与少量石灰石和苏打灰混合,制造出了玻璃. 最初,玻璃因其制作难度大,产量稀少,主要被用作稀有的装饰与礼器材料,如公元前 14 世纪古埃及法老图坦卡蒙陵墓中法老胸针上的玻璃圣甲虫等. 直到公元 10 世纪以后,随着透明玻璃组分的诞生以及吹制法等工艺的不断成熟,玻璃才开始规模化生产,并逐渐被制成容器、窗花、镜子等,广泛应用于人们的日常生活中.

 

从微观结构来看,玻璃内部的原子排列杂乱无章,就像液体一样,但从宏观层面来看,它却表现出固体的特征,这种特殊的状态被称为 “玻璃态”,是一种非晶态固体. 玻璃中的硅氧四面体构造单元,即一个硅原子位于中心,四个氧原子分别连接在四个顶点上,赋予了玻璃耐高温、耐腐蚀、耐氧化和高硬度等特性,使其能够长时间保存并被广泛应用.

 

玻璃的种类繁多,常见的有以下几种

平板玻璃:这是最常见的玻璃类型,主要包括引上法平板玻璃、平拉法平板玻璃和浮法玻璃。浮法玻璃因其厚度均匀、上下表面平整平行,且劳动生产率高、利于管理等优点,正成为玻璃制造的主流方式。不同厚度的平板玻璃有着不同的用途,如 3-4 厘玻璃常用于画框表面,5-6 厘玻璃适用于外墙窗户、门扇等小面积透光造型,9-10 厘玻璃可用于室内大面积隔断等。

 

钢化玻璃:它是普通平板玻璃经过再加工处理而成的一种预应力玻璃。钢化玻璃的强度是普通平板玻璃的数倍,抗拉度是后者的 3 倍以上,抗冲击是后者 5 倍以上,且破碎时会以无锐角的颗粒形式碎裂,大大降低了对人体的伤害,因此被广泛应用于建筑、汽车等对安全性要求较高的领域。

磨砂玻璃:通过在普通平板玻璃上面进行磨砂加工而成,一般厚度多在 9 厘以下,以 56 厘厚度居多。它的表面粗糙,透光不透明,能在保证一定采光的同时保护隐私,常用于洗手间等装修区域。

喷砂玻璃:其性能与磨砂玻璃相似,只是将磨砂工艺改为喷砂,视觉效果类同,但表面质感略有不同。

压花玻璃:采用压延方法制造,最大特点是透光不透明,具有独特的花纹和图案,多使用于洗手间、隔断等装修区域,既美观又能起到遮挡视线的作用。

夹丝玻璃:是将金属丝或金属网嵌于玻璃板内制成的一种具有抗冲击性能的平板玻璃,受撞击时只会形成辐射状裂纹而不会堕下伤人,常用于高层楼宇和震荡性强的厂房等。

中空玻璃:由两块玻璃通过胶接法保持一定间隔,间隔中是干燥的空气,周边再用密封材料密封而成。它具有良好的隔音、隔热性能,主要用于有隔音要求的装修工程之中。

夹层玻璃:一般由两片普通平板玻璃或钢化玻璃等特殊玻璃以及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,如银行、豪宅等对安全要求非常高的场所使用的防弹玻璃就是一种夹层玻璃。

热弯玻璃:由平板玻璃加热软化后在模具中成型,再经退火制成的曲面玻璃,常用于一些高级装修中,如建筑的弧形幕墙、家具的装饰等,但通常需要预定,没有现货。

玻璃砖:其制作工艺基本和平板玻璃一样,不同的是成型方法,中间为干燥的空气。玻璃砖具有良好的透光性和装饰性,多用于装饰性项目或者有保温要求的透光造型之中。

 

玻璃在现代社会中的应用更是广泛而重要,已经远远超出了传统的装饰和容器用途

信息显示领域:从液晶显示、OLED 柔性显示到 Mini/Micro-LED 显示,每次显示技术的更新迭代都离不开玻璃的创新支撑。例如,在两片薄膜晶体管 TFT-LCD 玻璃基板中间填充液晶分子,结合驱动电路和透明电极,便构成了液晶显示的核心器件 —— 液晶显示屏。随着技术的发展,玻璃不断向极薄方向发展,如今薄到 70 微米以下的玻璃,在保证韧性和强度的同时,可以实现屏幕的折叠,带动了柔性可折叠手机等显示新业态的迭代发展。

新能源领域:目前主流的太阳能发电电池基本都需要玻璃。对于晶硅电池封装材料来说,玻璃的透光率达 91.6% 以上,是晶硅电池封装的首选和必备材料。而碲化镉和钙钛矿薄膜电池对前电极材料的透光率和导电率同时提出较高要求,在玻璃表面制备均匀、高透、低阻的透明导电氧化物薄膜,成为实现前电极功能的关键路径。此外,空心玻璃微珠作为一种中空的微米级玻璃粉体,因其轻质高强、防火阻燃等特性,被广泛应用于深海探测装置、石油领域油气田开采以及飞船返回舱等,是 21 世纪的 “空间时代材料”。

光学领域:玻璃在光学领域的应用历史悠久,如透镜、显微镜、望远镜等光学仪器的发明和发展都离不开玻璃。16 世纪末显微镜的发明以及 1625 年显微镜的制成,让人类借助玻璃奇特的物理特性,不仅放大了肉眼可见的物体,而且观察到了超越视觉自然局限的世界,掀起了光学技术革命

 

建筑领域:玻璃在建筑中的应用不仅提供了采光和视野,还能起到装饰和节能的作用。从普通的窗户玻璃到各种造型独特的玻璃幕墙,玻璃为建筑增添了美感和现代感。同时,中空玻璃、镀膜玻璃等节能玻璃的应用,也有助于提高建筑的能源利用效率,降低能源消耗。

日常生活领域:我们每天使用的玻璃杯、玻璃瓶、眼镜等,都是玻璃在日常生活中的常见应用。此外,电脑显示器上的屏幕保护玻璃、汽车的挡风玻璃等也都是玻璃制品,它们为我们的生活和出行提供了便利和安全保障。