玻璃與化學(xué)的關(guān)系
化學(xué)試劑,九料化工商城 / 2020-11-07
玻璃是人們最熟悉的無機(jī)非金屬材料之一。人剛出生，就用玻璃奶瓶喝奶，住在有玻璃門窗的房子里。長(zhǎng)大上學(xué)，進(jìn)化學(xué)實(shí)驗(yàn)室用到燒杯、燒瓶等玻璃儀器。有人眼睛近視得早，戴上用玻璃制作的近視眼鏡學(xué)習(xí)，到老了還得戴玻璃制作的老花眼鏡.
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什么是玻璃?玻璃是將按所制作的材料配料、加熱熔融、冷卻，使它黏度逐漸變大、不析晶，在室溫下仍保持熔體結(jié)構(gòu)的固體物質(zhì)。玻璃有下列共性;
(1)沒有固定的熔點(diǎn)。從熔融狀態(tài)到固體狀態(tài)是連續(xù)變化的過程。
(2)各向同性。其透光性、力學(xué)性能、熱學(xué)性能、電學(xué)性能等都是各向同性，不隨方向的改變而變化。
(3)沒有晶界和粒界，除良好的氣密性外，光線散射很少，是透明的。
(4)無固定形態(tài)?？芍瞥杀∧?、纖維、塊體或微珠等
(5)性能遵循其組成的加和性。玻璃的許多性質(zhì)可通過調(diào)整成分及表面處理等工藝進(jìn)行設(shè)計(jì)。
習(xí)慣上，人們把能大規(guī)模生產(chǎn)的平板玻璃、器皿玻璃、電真空玻璃和光學(xué)玻璃稱作普通玻璃。把二氧化硅含量在85％以上或55％以下的硅酸鹽玻璃、非硅酸鹽氧化物玻璃和非氧化物玻璃等稱為特種玻璃。新型玻璃包括特種玻璃在內(nèi)的新功能材料已成為新技術(shù)和新興工業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵。下面在諸多的新玻璃材料中列舉一些實(shí)例.
1，光導(dǎo)玻璃纖維
光導(dǎo)玻璃纖維是一種能導(dǎo)光、傳像的玻璃釬維，又稱光學(xué)纖維，簡(jiǎn)稱光纖。它具有傳光效率高、信息傳逆量大、分牌率高、速度快、抗干擾、耐腐蝕、質(zhì)量輕、可彎曲、保性好、節(jié)省金屬資源、成本低廉等一系列優(yōu)點(diǎn)?，F(xiàn)在的通信包括電子信息、電話等都使用光纖。光纖不僅用于市區(qū)電話，還用于跨國、跨洋的通信。
光通信纖維中的石英玻璃纖維，其化學(xué)成分是高純度的二氧化硅(SiO2)，將它熔融拉成直徑幾十微米的纖維，稱為纖芯，纖芯折射率1.463-1.467。纖芯外包一直徑約100微米、折射率較低的玻璃材料，包層折射率約為1.45。為了保護(hù)光纖，包層外還覆蓋保護(hù)層。
二氧化硅內(nèi)芯具有高折射率，包層為低折射率，使光在內(nèi)芯和包層的界面上發(fā)生全反射。在內(nèi)芯傳導(dǎo)的光幾乎全部被封閉在纖芯，經(jīng)過無數(shù)次全反射而呈鋸齒形向前傳播。
光纖通信的興起，其基礎(chǔ)在化學(xué)科學(xué)的發(fā)展，制出高純度的纖芯。大規(guī)模生產(chǎn)的普通玻璃，一般其中都含有少量過渡金屬元素，如鐵、錳等。這種玻璃呈淺藍(lán)色，當(dāng)將十幾塊玻璃板疊在一起，或從側(cè)面斷口觀看，藍(lán)色就非常明顯地出現(xiàn)這種普通玻璃透光距離只有幾米。藍(lán)色海洋中的海水，透光距離也只有百米量級(jí)。近二三十年來，化學(xué)家以其智慧，將石英玻璃纖維中的有害雜質(zhì)清除得干干凈凈，制成光傳輸損耗極低的纖芯。
如今，石英光纖網(wǎng)絡(luò)中光纖總長(zhǎng)度已超過1×10°9km，可環(huán)繞地球2.5萬圈，并繼續(xù)不斷地增加。人們贊嘆科學(xué)家們把沙子變成光纖，又從光纖建造成信息高速公路，發(fā)展起覆蓋全球的電話和電視，還進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程醫(yī)療、遠(yuǎn)程教育、網(wǎng)上購物等將整個(gè)社會(huì)融合在一起的生活方式.
高錕，1933年出生于上海，他是光纖通信領(lǐng)域的先驅(qū)，20世紀(jì)60年代，光通信剛興起之時(shí)，他就從事降低玻璃纖維的光損耗的研究，提出必須除去玻璃中的雜質(zhì)，計(jì)算出光在高純石英光纖中傳輸距離可以達(dá)到100km以上。激發(fā)了許多研究人員的信心和理念，促進(jìn)實(shí)現(xiàn)超低損耗光纖的問世和光纖通信技術(shù)的實(shí)現(xiàn)，他為光纖技術(shù)的發(fā)展指明了正確的方向。2009年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)授予為光通信建立功勛的三位科學(xué)家，其中一半獎(jiǎng)金授予高錕，另一半由博伊爾(W.SBoyle)和史密斯(G.E. Smith)分享1992年秋，筆者有幸應(yīng)時(shí)任香港中文大學(xué)校長(zhǎng)高之聘前往任教，他在校長(zhǎng)寓所家里盛情招待我們這些新來的教師，相互交談對(duì)科研和教學(xué)的心得體會(huì).
化學(xué)是什么?化學(xué)是制造“萬里眼”的基礎(chǔ)材料的科學(xué).
2.新型建筑玻璃
近二三十年來，我國農(nóng)村和城市的面貌煥然一新。新蓋的房屋和新修的道路引人注目。玻璃在建筑中用量迅速增長(zhǎng)，成為繼水泥、鋼材之后的第三大建筑材料。隨著科技的發(fā)展和人民生活水平提高，建筑用的玻璃的功能不再僅僅是滿足采光要求，還希望有新的功能，如節(jié)能、安全、隔音等以節(jié)能的新型玻璃為例，化學(xué)可起很大的作用.
在玻璃原料的配制上，添加鐵、鉆、鎳、銅和硒等元素?zé)嵫趸?，控制熔制時(shí)的氣氛，可制得呈現(xiàn)藍(lán)、灰或茶色等色調(diào)的玻璃，這種玻璃具有既能透過可見光，又能吸收紅外輻阻止一些熱輻射透過的功能，還能改善采光色調(diào)。對(duì)熱帶區(qū)和夏天節(jié)約空調(diào)的電能起很大作用.
在玻璃表面形成熱反射涂層，該層的化學(xué)成分可選金、銀、銅、鉻和鋁等氧化物。一般太陽熱輻射的反射率可達(dá)30％-50％，起到節(jié)能和裝飾的效果。
制作雙層或多層玻璃，層間保持一定距離，內(nèi)充干燥空氣或惰性氣體，并放置吸濕劑，周邊用膠密封?；瘜W(xué)家制得的這種密封膠要具有和玻璃的膠著能力強(qiáng)、干燥固化后密封性好、經(jīng)久不變等性能。這種多層中空玻璃，隔熱保溫、隔音等性能都很好纖維增強(qiáng)復(fù)合玻璃是用陶瓷纖維、碳纖維或碳化硅晶須等作增強(qiáng)劑，在玻璃熔融時(shí)復(fù)合制得。具高韌性、抗沖擊、不易碎裂等一系列優(yōu)點(diǎn)，可提高建筑的安全性。這種玻璃還可用在許多新技術(shù)中。
3.光致變色玻璃和電致變色玻璃
在玻璃中添加鹵化銀等膠體顆粒的光敏劑，可使玻璃受到光照射時(shí)會(huì)變暗或著色，阻止光的照射，又能恢復(fù)到原來的透明狀態(tài)，已廣泛用作變色眼鏡，在建筑業(yè)和汽車業(yè)中用作具有吸熱作用的玻璃和單面透視的玻璃(九料化工http://f670.cn/)。
在玻璃中添加電致變色氧化物或在玻璃表面涂敷具有變色性的非晶態(tài)膜形成的玻璃，在可調(diào)控的低壓電源作用下，可使玻璃具有透光度在較大范圍內(nèi)隨意調(diào)節(jié)、多色連續(xù)變化等特點(diǎn)。由于電源簡(jiǎn)單、省電、受環(huán)境影響小等優(yōu)點(diǎn)，廣泛地用作建筑物的門窗、飛機(jī)和汽車等的擋風(fēng)玻璃，達(dá)到單面透視、節(jié)能和裝飾等效果。還可用作大面積數(shù)字、文字和圖像顯示的屏幕。
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