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全世界最硬的玻璃，被中國科學家造出來了說起最硬的物質，大家腦海里會浮現出什麼呢？大概率會是象征著愛情與忠貞，還非常昂貴的鑽石吧。規律性排列的晶體結構賦予了鑽石堅硬的品質，但它在硬物撞擊下也容易發生碎裂。而看似沒有規律的玻璃態則在小範圍內具有獨特的秩序性。利用可調變的秩序性，中國科學家創造出了最硬的玻璃，它甚至可以劃傷鑽石，還不易碎裂。　　在150千米深的地球內部，堅硬的岩石早已在高溫高壓下部分熔化。這里的溫度超過1000℃，壓力更是相當于地表的5萬倍。在猶如煉爐的環境中，自然界中最美妙的轉變正在進行。經過數億年的時間，平平無奇的六邊形石墨晶體逐漸轉變成了晶瑩剔透的天然金剛石（鑽石）——這不僅是無數人幸福婚姻的見證，也是自然界最堅硬的物質。　　金剛石極其堅硬的原因在于其分子結構。在金剛石中，每個碳原子的雜化方式都是sp3雜化。也就是說，分布在這4個雜化軌道上的價電子，會分別與另外4個碳原子的價電子結合形成共價鍵，構成正四面體。正是這樣牢固而緊密的立體結構，賦予了金剛石極高的硬度。同時，金剛石中所有的價電子都參與了共價鍵的形成，沒有自由電子，這種特殊的晶體結構使得金剛石不具導電性。　　雖然金剛石的硬度在自然界可謂無敵，但如果你將女朋友的鑽戒砸向地面，卻有可能目睹鑽石的裂縫，甚至是粉身碎骨。這是因為金剛石雖硬卻脆，在遇到硬物撞擊時容易碎裂。事實上，對于超硬晶體材料來說，硬度和韌性往往不可兼得。這主要歸根于金剛石的原子晶體結構︰金剛石晶體由周期性重復排列的結構單元構成，正是這種有序性使得晶體不同朝向的結構各不相同，晶體的硬度也隨著晶向的變化而呈現各向異性，那些“較軟”的晶面就成為了金剛石的“軟肋”。　　在材料領域，一個與“晶體”相對應的概念是“玻璃”。與有序的晶體相反，玻璃態，也就是非晶體材料具有相對無序的結構，只在幾個原子的小區域內具有短程有序性。這種具有一定秩序的混亂結構會呈現什麼意想不到的性能？　　最近，在一項發表于《國家科學評論》（NSR）雜志的研究中，來自燕山大學的研究團隊就研制出了一種全新的玻璃材料——不僅硬度超過了金剛石，並且具備金剛石不具備的韌性，以及半導體特性。　　Part.1　　最強、最硬的玻璃　　領導這項研究的田永君院士一直深耕于超硬材料領域，例如早在2013年，他就帶領團隊合成了一種硬度超過金剛石的納米孿晶立方氮化硼，這項突破也登上了《自然》期刊。而在最新的研究中，田永君團隊使用的原材料是富勒烯（C60）。富勒烯的碳原子都是sp2雜化，結構規整，具有高度的對稱性。因此，在800℃下，5GPa的壓力就足以破壞富勒烯高度對稱的結構。　　研究團隊正是利用了這一性質，他們希望在合適的高溫高壓條件下瓦解富勒烯的晶體結構，使原本結構中的sp2雜化碳更大程度地向sp3雜化轉變。將其解構的目的就是要再重建，以得到結構無序、不“完美”的玻璃態。為此，他們選擇在25GPa的高壓條件下不斷升高溫度。隨著溫度的升高，規整的晶體結構逐步瓦解，在800℃時就可以由晶體結構完全轉變為玻璃態。　　此後，伴隨著溫度的進一步升高，意想不到的變化出現了。在1000℃時，材料在X射線衍射光譜中不再顯現出類似于石墨的結構特征峰，而是出現了對應于金剛石晶面的寬衍射峰。這一點完全不同于以往合成的玻璃態碳材料——此前報道的玻璃態碳材料都會呈現與石墨結構相似的衍射峰，也就是說，碳原子的主要雜化方式依然是sp2。而在最新研究中，富勒烯sp2雜化碳逐漸轉變為sp3雜化，並在1000℃時，sp3雜化的正四面體結構後來者居上，佔據了主導的位置。　　對于研究團隊來說，1000℃只是一個開端。當他們持續升高反應溫度，碳原子中sp3雜化的比例越來越高——電子能量損失譜證實，在1000℃、1100℃和1200℃時，sp3雜化程度分別約為69%、77%和94%。sp3雜化程度越高，材料的密度也越大。在高分辨率透射電鏡下，平均“粒徑”也越來越小，分布趨于均勻。對于玻璃態來說，這衡量了整體混亂結構中的秩序性，意味著逐漸降低的混亂度與隨之升高的秩序性。研究團隊分別將1000℃、1100℃和1200℃下的新型“玻璃”命名為AM-I、AM-II和AM-III。（AM即amorphous，表示玻璃態。）　　其中，1200℃時形成的sp3雜化程度最高、最為致密的AM-III格外引人關注。對AM-III的力學性質測定顯示，其維氏硬度（HV）高達~113GPa，可以刻劃維氏硬度為103GPa的單晶金剛石晶面。除了超高的硬度之外，AM-III的強度也可以與金剛石相媲美︰這種材料的表面能承受高達~70GPa的壓力而不會出現裂痕。這是迄今為止發現的最硬、最強的玻璃態的碳。　　此外，玻璃態AM-III的高硬度在材料內部的各個方向都基本一致，即具有各向同性。相比于因各向異性而存在“軟肋”的金剛石，AM-III作為一種新型玻璃，完美解決了超硬晶體韌性不足的問題。　　Part.2　　應用前景　　除了超硬、超強的力學性質外，AM-III也是半導體，它的帶隙（導帶的最低點與價帶的最高點的能量之差）範圍為1.5~2.2eV，與最常用的半導體非晶　薄膜的帶隙相當。因此，這種結合了優越的力學性能與半導體性能的新型“玻璃”有望在光伏（將太陽能轉化為電能）領域大展身手。　　這不是該團隊第一次在超硬材料領域進行這樣創新的嘗試。現在，新的實驗揭示了無序玻璃可以媲美有序晶體的可能性。一步一步解構晶體結構，再形成新的化學鍵，最終得到結構無序、不完美的玻璃態。這些本質上具有獨特秩序的混亂結構，卻能帶來驚喜，甚至有可能超越有序的完美晶體。它讓科學家看到利用混亂中的秩序，可以將“玻璃”的特性發揮到極致。　　來源︰環球科學????【來源︰法規科】??聲明︰轉載此文是出于傳遞更多信息之目的。若有來源標注錯誤或侵犯了您的合法權益，請作者持權屬證明與本網聯系，我們將及時更正、刪除，謝謝

物理鋼化玻璃的主要設備鋼化爐物理鋼化的主要設備是鋼化爐，它由上片、加熱、成型、淬冷和卸片等部分組成，按玻璃的輸送方式又分為水平鋼化爐和垂直鋼化爐兩種。1，垂直鋼化法垂直鋼化法采用夾鉗吊掛平板玻璃加熱和吹風冷卻進行淬火，是最早使用的一種方法。垂直鋼化生產線主要由加熱爐、壓彎裝置和鋼化風柵三部分組成。原片經過切割、磨邊、鑽孔和洗滌干燥等預處理，用耐熱鋼夾鉗夾住垂直送入電加熱爐中進行加熱。當玻璃加熱到需要的溫度後，快速移出至風柵中淬冷.在鋼化風柵中空氣均勻、迅速地噴吹玻璃的兩個表面，使玻璃急劇冷卻，在玻璃冷卻的過程中，玻璃的內層和表層之間產生很大的溫度梯度，因而在玻璃表面層產生壓應力，內層產生拉應力。淬冷後的玻璃從風柵中移出並除去夾具，經過檢驗後包裝入庫。使用垂直鋼化法生產曲面鋼化玻璃，有一步法和兩步法兩種。兩步法是在鋼化加熱爐和鋼化風柵之間，設立一個有前後模具組成的壓彎裝置。當玻璃在加熱爐內加熱到接近軟化溫度時迅速移入壓彎裝置，將玻璃壓彎成所需要的曲面，然後經過淬火冷卻獲得曲面鋼化玻璃產品。一步法是︰鋼化風柵和壓彎裝置用對接的方法結合成一體，玻璃的彎曲和淬冷在同一工位完成。垂直鋼化法的優點是投資少、成本低廉、操作簡潔，仍是一種可行的鋼化方法。其缺點是生產效率低，產品存在著不可避免的夾痕缺陷，玻璃加熱時出現拉長、彎曲或翹曲;吊掛上片、卸片由人工操作，勞動強度大，費工費時，不易實現生產自動化，產垃低，並且受到鉗夾持力的限制，玻璃規格不能過大。2，水平鋼化法水平鋼化法是玻璃水平方式通過加熱爐加熱和風柵淬冷。水平生產鋼化玻璃的設備有水平輥道鋼化爐和氣墊鋼化爐兩種。水平輥道鋼化法是目前世界上使用最普遍的一種玻璃淬火方式，通過水平輥道輸送玻璃，進行加熱和淬冷，既可以生產建築用大規格平鋼化玻璃，也可以生產彎鋼化玻璃。(1)，水平往復擺動式平鋼化玻璃生產線水平輥道平鋼化玻璃生產線可分為連續式和往復擺動式，玻璃的輸送、加熱、淬冷都在水平輥道輸送機上進行，整條生產線的輥道分為四段，各段輾道的材料和運動方式不同，為了縮短加熱爐及冷卻裝置的長度，玻璃在加熱爐和冷卻裝置內是往復運動，使玻璃在長度較短的設備內獲得較長的加熱及冷卻時間。此種生產線不配置成型設備，所生產的是平面鋼化玻璃。(2)水平連續式平鋼化玻璃生產線在平鋼化爐的基礎上加長爐體，玻璃不用在加熱爐內通過往復運動來完成加熱，直接通過爐體加熱即可加熱到所需溫度，可以實現連續鋼化生產，生產效率高，適用于厚度在(3-8mm) 的大批量的建築幕牆、太陽能封裝電池玻璃、工業儀表、家電、家具等鋼化玻璃的生產。(3)水平輥道平彎鋼化玻璃生產線水平輥道平彎(單彎)鋼化玻璃生產線既可以生產彎鋼化玻璃，也可以生產平鋼化玻璃。玻璃的輸送、加熱都在水平輥道上進行，玻璃加熱至設定溫度後，從加熱爐快速輸送到成型淬冷裝置，此裝置可在程序控制下自動構成設定曲率的弧面，加熱至軟化狀態的玻璃在此弧面上主要是在自身重力作用下彎曲成型，然後由自動構成相同曲率的弧形風柵迅速對玻璃進行淬冷。淬冷後彎玻璃再輸送到後冷卻裝置，在該處冷卻到適合入工卸片的溫度，這樣就生產出單面彎曲鋼化玻璃。(4)水平支持法連續式雙彎鋼化玻璃生產線水平支持法連續式雙彎鋼化玻璃生產線是另一種新型鋼化玻璃生產線，其生產過程是將玻璃片水平支持在環模上，玻璃加熱至軟化溫度時，由于重力作用下垂至環模而成型，再經淬冷、冷卻而制成雙曲面彎鋼化玻璃。(5)氣墊鋼化法氣墊鋼化法是指玻璃板由加熱氣體或燃燒產物構成的氣墊支撐，在加熱爐內加與任何固體物件接觸，不增加新的缺陷，生產出來的鋼化玻璃具有最佳的質量。氣墊鋼化法也能生產單曲面的彎鋼化玻璃，並且易于實現生產過程的機械化和自動化。但是氣墊鋼化設備投資較大，生產的玻璃規格、形狀尺寸受到一定的限制，運行和操作技術要求嚴格，只能生產形狀簡單、對稱型的曲面鋼化玻璃。

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