矽酸鋁玻璃是”有史以來最堅固的玻璃”嗎?
科學家們發明了一種製造超強玻璃的新方法。這種工藝在極高的溫度和壓力下將普通氧化玻璃與硅酸鋁混合。這種材料被一些出版物稱為”有史以來最堅固的玻璃”,但它真的是這樣嗎? 德國拜羅伊特大學(University of Bayreuth)的材料科學家研製出了一種玻璃,其強度是大猩猩玻璃的兩倍多。康寧的大猩猩玻璃Victus 是該公司迄今為止設計出的最堅硬的材料,斷裂韌性為0.76 兆帕斯卡(MPa)。拜羅伊特研究(發表於本月的《自然-材料》雜誌)中生產的玻璃強度為1.99 兆帕。研究人員聲稱它超過了”任何其他已報導的塊狀氧化物玻璃”,這促使Extreme Tech 發布了聳人聽聞的標題:”科學家利用極端的熱量和壓力製造出史上最強的玻璃”。但這是有史以來最強的玻璃嗎? 這個標題讓我想到了2016 年,人們為《星際迷航》預言發現透明鋁而瘋狂的時候。你可能還記得《星際迷航4: 回家之旅》(The Voyage Home)中,斯科蒂(Scotty)和彭斯(Bones)說服一位高分子工程師為他們提供材料,建造一個可以容納鯨魚的水箱,以換取透明鋁的配方(下圖)。這在當時是一個聳人聽聞的故事,但很快就被人們揭穿了,他們指出,氮化鋁(AlON)的研發專利最早可以追溯到1978 年,比電影上映還要早八年。一些首批商業樣品是在1984 年製作的,比電影上映還早兩年。當然,隨之而來的是多年的研究進展,2016 年牛津大學在製造工藝上發現的一項突破導致了廣泛報導的誤解。拜羅伊特大學的材料與AlON 有微妙的不同,但並不更強。AlON 是通過將鋁、氧和氮原子融合到透明陶瓷中製造而成的。鋁矽酸鹽玻璃將標準氧化物玻璃與硅、鋁、硼和氧(鋁矽酸鹽)混合在一起。化學上的主要區別在於用硼代替了氮。AlON 的製造工藝包括將氧化鋁粉末與炭黑混合,然後在富氮氣氛中加熱到約1,650-1,850 攝氏度。拜羅伊特的研究人員將氧化玻璃與硅酸鋁混合,在10-15千兆帕(GPa)的壓力下加熱到1000攝氏度。這兩種工藝都能產生非常堅硬的準結晶結構(下圖)。