银:元素周期表中的艺术大师 | 银元素为玻璃工艺赋予色彩与技术 | 康宁

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银:艺术大师

银:艺术大师

说到银的时候,你首先会想到什么?大多数人会想到珠宝、硬币或餐具。然而,很多人可能都不知道,银在康宁的技术玻璃创新史中同样占据着非常重要的地位。在高级研究科学家Jesse Kohl眼中,除了实际用途外,他对银还有一份特殊的眷恋:正是这种元素将他引入了玻璃科学领域,尤其是康宁公司。

在Kohl还是一个孩子时,他曾在俄勒冈州的自家农场里挖掘被丢弃的旧瓶子,自此便开始对玻璃着迷。上中学后,他在当地的玻璃工厂Northstar Glassworks找了一份工作。一天,他看到了玻璃艺术家Suellen Fowler的工作。Fowler擅长制作小巧精美的香水瓶,常常采用定制化的色彩工艺,其中的一种工艺深深吸引了Kohl。通过加热掺杂银和锗的硼硅玻璃,Fowler将火炬作为画刷,绘制出很多不同的色彩。

几年后,Kohl参加了在纽约康宁公司举办的玻璃艺术协会会议,并参观了康宁公司的研发实验室Sullivan Park。在那里,他了解了康宁在技术玻璃中使用银的历史,包括康宁在二十世纪六十年代在光变色玻璃领域的引领性开发工作。这次经历促使他在大学选读了化学专业,而且后来又成为了康宁的实习生,学习以银为关键成分的玻璃组分。2015年,Kohl作为一名研究科学家加入康宁,目前,他正在研究一个全新的具有可调光属性的玻璃陶瓷产品系列,这些产品可以在热处理后产生一系列的色彩。“这种材料设计用于需要着色和防热保护的应用,例如建筑或汽车天窗,”Kohl解释说。

这一项目以康宁此前的研究成果为基础。

二十世纪四十年代,康宁化学家William Armistead 博士(后担任研究总监)开发了“彩虹玻璃”。Armistead发现,通过将卤化银溶解于分相硼硅酸盐玻璃,加入弱还原剂并在不同条件和温度下热处理玻璃后,便可以使玻璃具有多种不同的颜色。

二十年后,Donald Stookey博士,发明数量最多的康宁发明家之一,通过将细小的氯化银水晶颗粒加入到玻璃中,成功开发了光变色镜片。人们在生活中佩戴的变色镜片就是采用这种材料制作的。镜片遇光时,玻璃中的电子便会与无色的银离子结合,形成元素银。由于元素银是可见的,镜片的颜色会因此而变暗。当光照从镜片移开时,银会返回最初的离子状态,镜片也会再次恢复为透明状态。

Kohl表示,这些康宁科学家的研究都领先于他们所处的时代。时至今日,研究者们仍在继续探索如何使用金属纳米颗粒影响光的作用,这是一个称为表面等离子体光子学的全新领域。“二十世纪四五十年代,当表面等离子体光子学的概念刚刚提出时,Armistead和Stookey便已经在纳米技术和纳米工程领域做了卓有成效的研究。”Kohl说。

显然,银在玻璃工程中是一种非常有价值的元素。那么,它在工作中的“表现”如何呢?

尽管非常喜欢银这种元素,但Kohl仍不得不承认,“银是一种非常令人抓狂的元素。它很难控制,在分批工艺和熔化工艺中,你必须做到高度精确,因为很多因素都会影响到最终的结果,包括熔炉的化学环境,熔化时间、温度,以及让玻璃产生某种颜色的后处理加热过程等等。”尽管如此,凭借在玻璃成分和加工领域积累的数十年经验,康宁已经可以娴熟地控制银,精准实现预期的加工效果。

如何描述银?“很难相处,但却有着艺术大家的风范”,Kohl说道。

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