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2017-07-25T20:27:27+00:00
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1「這個實驗要花兩小時,我能做點什麼呢?」1952年秋季的一天,在聞名遐邇的美國玻璃製造公司——康寧玻璃廠(注)實驗室里,玻璃研究專家唐·斯圖基對著櫃檯上的電爐,自言自語道。一塊玻璃躺在電爐里。電爐表面的溫控儀顯示為500℃,比普通玻璃的軟化點低100℃。斯圖基要做的是,通過實驗讓普通玻璃軟化,並根據軟化結果研製新型的感光玻璃。所謂感光玻璃,是指能感光顯色的玻璃。這種玻璃經紫外線照射感光后,再經過熱處理,便能顯示出美麗的影像,不但色彩鮮艷,而且永不褪色。斯圖基的上司曾信誓旦旦地講,感光玻璃將會讓康寧玻璃廠的業績再上一層樓。遇光而變色的感光玻璃(來源於科普網)斯圖基是康寧玻璃廠聘請的專家。由於性格的原因,他與上司相處並不融洽。這或許也是上司不給他配助手的原因之一。比如,他喜歡把自己關在實驗室里做實驗,上司則希望他多參加會議與活動。前幾天,上司給他交待研製感光玻璃的同時,還希望他經常參加公司的會議。斯圖基何嘗不想參加會議?但他忙不過來。比如,按照工藝規格的要示,感光玻璃熱處理時,加熱溫度為玻璃軟化溫度以下100℃,保溫時間為2個小時左右。這段時間,他原則上不能離開。他把一塊玻璃放入自動控制溫度的電爐中加溫。一切準備就緒,他關上爐門,接通電源,電爐開始升溫后,他如前文般坐在位上靜心觀察。唐·斯圖基正在研究玻璃(源於中文網)「叮—叮—叮!」突然,實驗室響起一陣急促的電話鈴聲。接起來,對方正是斯圖基的上司,「斯圖基先生,請到三號會議室開一個關於感光玻璃試生產的會議。現在就來。」「可是,」斯圖基瞄了一眼電爐,「我正在做一個試製感光玻璃的實驗,兩個小時內無法離開。因為玻璃放進電爐十幾分鐘了。」「電爐不是有自動溫控儀嗎?」上司語氣沉了下來,「難道讓幾個領導都等著你?」「好吧。我馬上到。」還是那討厭的語氣!斯圖基擱下電話,把溫控儀的溫度調到550℃后,關上實驗室的門,匆匆趕往會議室。2一個多小時后,斯圖基拖著疲憊的身軀回到實驗室。他與上司發生衝突,上司認為他一年多未給公司帶來明顯的業績,有浪費資源的嫌疑。斯圖基則認為,科學是急不得的。美國康寧公司一角(網路圖)「啊?」他看了一眼溫控器,大吃一驚。原來,自動溫控儀上顯示的溫度是900℃。「玻璃一般600℃左右開始軟化,溫度再上升,便進入融熔狀態。這塊玻璃看來報廢了。融漿別把電爐燒壞了呀。」他不由想到。斯圖基趕緊打開爐門。他再次驚奇了。原來,這塊玻璃沒有熔融,而是變成了一塊奶白色的薄板,直挺挺的躺在爐內。「謝天謝地!」當他試圖拿出這塊薄板的時候,由於鉗子未能夾緊,玻璃薄板滑落在地。讓他再次驚奇的是,玻璃沒有摔碎,而是彈了起來。「這是怎麼回事?」斯圖基把這塊玻璃放在顯微鏡下觀察,發現有大量的微小晶體。「一般玻璃應該與松香、石蠟、塑料等材料一樣,其內部原子排列是沒有規則的,這也是它易碎的原因之一。這種玻璃由微小的晶體組成,也就是說,它的原子排列是有規律的。這是怎麼回事呀?」憑直覺,他認為這是一種前所未見的玻璃。「叮—叮—叮!」正當他準備細心研究時,電話鈴又響了。接起來,正是魔鬼上司,「邀請」他到辦公室交流工作!「唉!」斯圖基嘆了一口氣,然後把剛才實驗用的玻璃放在樣品袋裡,寫好觀察結果,再次離開了實驗室。3實驗后的第三天,由於與上司不和及其它原因,斯圖基選擇了離開康寧玻璃廠。離開前,從職業角度出發,他把那個玻璃樣品袋連同實驗報告交給了上司。上司是個細心的人。他根據斯圖基提供的報告,請了一些玻璃研究人員研製出一種新型的有機玻璃,並迅速推向市場。這種玻璃重量比鋁輕,在高溫下又不會變形,且強度高於高碳鋼,與常規的鈉鈣玻璃相比則要高出許多倍。康寧玻璃廠的領導經過研究,把這種玻璃稱為微晶玻璃。一年後,康寧玻璃廠批量生產出微晶玻璃:首先要把原材料按照比例配好,放到窯爐里燒熔,等全部融化之後,把熔液倒在冰冷的鐵板上,這叫做淬火;淬火之後,原料已經變成了一塊晶瑩的玻璃,這一步是燒結的過程;然後把玻璃搗碎,裝入模具,抹平,再次放入窯爐,這次煅燒使它的原子排列規則化,也是從普通玻璃到微晶玻璃的轉化過程。晶體玻璃與一般體玻璃示意圖(來源新浪網)隨著科學的發展,科學家們已經研製出1000多種不同成份的微晶玻璃,它們的性能也各不相同。經測定表明,結晶的直徑通常不超2微米,只有頭髮比精細的幾十分之一。4 作為具有發展前途的新型材料,微晶玻璃優於天然石材和陶瓷,可用於建築幕牆及室內高檔裝飾,還可做機械上的結構材料,電子、電工上的絕緣材料,大規模集成電路的底板材料、微波爐耐熱列器皿、化工與防腐材料和礦山耐磨材料等等。 由於微晶玻璃既像鋁那樣輕巧,在高溫下又不會變形,所以航空航天工程師看上了它。他們用微晶玻璃來製作噴氣式飛機弈動機的噴嘴,以及用作火箭、人造地球衛星和太空梭的結構材料。凹形微晶玻璃(網路圖)微晶玻璃易於加工,材質均勻,製成后尺寸精確,因此在軍事工業中也大有用武之地。例如,利用微晶玻璃來製作導彈頭部的防護罩,使導彈在高速飛行過程中能輻射大量的熱,從而降低工業溫度。因此,軍事科學家將微晶玻璃譽為導彈頭部的「保護神」。最值得一提的是,微晶玻璃對天文學家幫助也很大。原來,反射式望遠鏡的凹鏡是採用普通的光學玻璃製作的,這種玻璃會熱脹冷縮,凹鏡的準確形狀和精度尺寸都會因受氣溫的影響而發生變化,影響望遠鏡的觀察效果。根據微晶玻璃受熱脹冷縮的影響極小的原理,科學家們用它來製作望遠鏡的凹鏡,使其精度不至於受氣溫影響。1978年,利用微晶玻璃製成了凹鏡直徑為2.2米的反射式望遠鏡。安裝在北京天文台,使進入了為數不多的能製造大型微晶玻璃凹鏡的國家的行列。微晶玻璃可以用作天文望遠鏡的鏡片(網路圖)看到這些,當年研製感光玻璃無果,「錯」中發明這種新型材料的斯圖基,真心後悔離開康寧玻璃廠太早了點吧。註釋: 1、 康寧玻璃廠:特殊玻璃和陶瓷材料的全球領導廠商,創造並生產出了眾多被用於高科技消費電子、移動排放控制、電信和生命科學領域產品的關鍵組成部分。1879年,它最先發明並製造出玻璃燈泡,使愛迪生的發明成為現實。1947年,它最先發明並大規模製造齣電視顯像管,使電視進入千家萬戶。參考資料: 1、 《101項工作成果》,漢語大詞典出版社,2005年5月。 2、 《探索化學的迷宮》,言實出版社,2006年5月。

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