钾:元素周期表中的协调员 | 在离子交换工艺中起到关键性作用 | 康宁

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钾:协调员

钾:协调员

康宁在很多技术玻璃中都会用到钾。例如,用于离子交换工艺时,它可以提高康宁®大猩猩®玻璃的强度。康宁玻璃技术技术交付官Adam Ellison在博士学习时期便开始深入研究钾,在此时期,他的一项发现颠覆了人们对玻璃结构的传统认知。

人们在描述含碱玻璃的结构时,通常会选择钠作为原子的示例。很多科学家一般都会认为同一系列中的其它元素,例如钾、锂、铷和铯等,拥有类似的性质。但是,Ellison发现事实并非如此。“钾的尺寸远远大于其它原子,这就导致这些原子会围绕钾进行组织。”

但钾并非一个“霸权主义者”,相反,它更多的是一个协调者。Ellison观察到的一个十分有趣的现象是,它会使那些原本冲突的元素和谐共处。这一结果主要通过两种形式实现。如果一种元素很难溶解,添加钾后,可同时提高溶解度和在特定温度下的溶解量。除此之外,通过添加钾,还可以降低二氧化硅的析晶温度,从而提高灵活性。

“当你尝试在玻璃中添加某种成分时,如果玻璃中的主成分排斥这种新成分,那么你便可以借助钾”,Ellison说。

Ellison在研究氧化锆和氧化钛的溶解性如何随着玻璃成分的改变而变化时,发现了这一非同寻常的特性。当时,他的这项研究是基于学长的研究,他所使用的基础玻璃中包含了氧化钾、氧化铝和氧化硅。Ellison发现,氧化钾的量与溶解性之间存在极大的关联。在进一步的研究中,他发现玻璃的属性受其它变量的影响并不显著。

正是基于这一发现,Ellison为康宁开发了新型的技术玻璃成分。

Ellison说,“在康宁的技术玻璃档案中,有关钾的记录出现在很早的阶段。但之前的研究中,我们并没有真正理解玻璃中原子的排列,所以很多工作都是凭借直觉或意外发现。现在,我们对钾的理解则更加深刻和全面。”

这一发现的影响是巨大的。在硅元素专栏中,我们曾提到康宁几乎可以无限组合元素周期表上的各种元素,而正是钾,这个强有力的促进者,才使得这一切成为可能。

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