硼:元素周期表中的硬汉子 | 硼在硼硅酸盐玻璃中的优势 | 康宁

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硼:硬汉子

硼:硬汉子

硼在太阳系中是一种相对较少的元素,在地壳中的比例仅为0.001%。尽管如此,它在康宁的研发实验室中却是一名常客。如果您浏览我们的玻璃成分库,便会发现数百种硼硅酸盐,即采用硼和二氧化硅的玻璃(相对于常规的钠钙玻璃),这种玻璃通常用于窗户和瓶子中。

为何硼的应用如此普遍?一个很重要的原因是它的坚韧性。硼可以让玻璃具有极强的化学耐久性。除此之外,它的热膨胀系数也非常低,也就是说,相比钠钙玻璃,硼硅酸盐玻璃可以耐受更急速的温度变化。

康宁推出的首款重要的硼硅酸盐玻璃应用是一个您可能较为熟悉的产品:PYREX®。 就像人们钟爱的超级英雄一样,PYREX的诞生同样有着一段有趣的情节。1915年,康宁物理学家Jesse Littleton博士正在开发一种耐热玻璃。一天晚上,他把一个锯断的电池壳带回了家。这个电池壳使用实验室玻璃成分制成。他的妻子Bessie,用它烘焙了一块海绵蛋糕。正是通过这个偶然性事件,人们才发现玻璃可以在烤箱中使用,而传奇性的炊具和实验室玻璃产品线也就此诞生。

PYREX为何如此耐高温呢?它主要和玻璃热胀冷缩的性质相关。当一种材料受热时,它的原子的振动频率会提高,而随着原子间间隙的增大,物体也会随之而膨胀。硼的振动远低于其他元素,因而膨胀的幅度也更低。

但是,硼元素的优势远不止于此。它降低了玻璃的析晶温度(形成晶体的温度),因此更容易熔化。此外,它还降低了玻璃在任意温度下的粘度。这样它便更容易与其它材料混合并使气泡从玻璃中移出。这些属性可以确保玻璃更顺畅地流经康宁的加工系统,进而提高了新玻璃的可加工性。也正是因此,硼使得无数技术性玻璃的发明创造成为可能,包括我们的新型Corning® Astra™ Glass,它可以在高性能显示器中实现极高的像素密度。

虽然康宁很看重硼“柔软”的特性,但我们也会充分利用其“坚韧性”。代表性的案例是,硼是早期康宁®大猩猩®玻璃的关键组分之一。

硼优异的耐温性广为人知,但它的抗损伤性却是我们偶然发现的。开发新组分时,研究人员通常会在玻璃上制作划痕,并沿划痕将玻璃断开。研究员Matthew Dejneka仍然记得,在最初开发大猩猩玻璃时,有一次在试验一个包含硼的配方,“当时,我不得不坐在玻璃上,用尽全身的力量使玻璃沿划痕线断开。我们本来是使用硼移除气泡,没想到,过程中却发现硼可以实现如此惊人的抗损伤性。”

人们常说,热情会随着时间的流逝而消减。然而,一百多年后,硼依然在不断地带给我们新的惊喜。

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