2019年是元素周期表誕生150周年。上周給大家介紹了對康寧意義重大的矽元素。今天登場的,是你也許不太熟悉的「硼」。
硼在太陽系中是一種相對較少的元素,在地殼中的比例僅為0.001%。儘管如此,它在康寧的研發實驗室中卻是一名常客。如果您瀏覽我們的玻璃成分庫,便會發現數百種硼矽酸鹽,即採用硼和二氧化矽的玻璃(相對於常規的鈉鈣玻璃),這種玻璃通常用於窗戶和瓶子中。
為何硼的應用如此普遍?一個很重要的原因是它的堅韌性。硼可以讓玻璃具有極強的化學耐久性。除此之外,它的熱膨脹係數也非常低,也就是說,相比鈉鈣玻璃,硼矽酸鹽玻璃可以耐受更急速的溫度變化。
康寧推出的首款重要的硼矽酸鹽玻璃應用是一個您可能較為熟悉的產品:
PYREX
.就像人們鍾愛的超級英雄一樣,PYREX的誕生同樣有著一段有趣的情節。1915年,康寧物理學家JesseLittleton博士正在開發一種耐熱玻璃。一天晚上,他把一個鋸斷的電池殼帶回了家。這個電池殼使用實驗室玻璃成分製成。他的妻子Bessie,用它烘焙了一塊海綿蛋糕。正是通過這個偶然性事件,人們才發現玻璃可以在烤箱中使用,而傳奇性的炊具和實驗室玻璃產品線也就此誕生。
1915年開發的PYREX玻璃已經成為全球化學實驗室中的標配。
PYREX為何如此耐高溫呢?它主要和玻璃熱脹冷縮的性質相關。當一種材料受熱時,它的原子的振動頻率會提高,而隨著原子間間隙的增大,物體也會隨之而膨脹。硼的振動遠低於其他元素,因而膨脹的幅度也更低。
但是,硼元素的優勢遠不止於此。它降低了玻璃的析晶溫度(形成晶體的溫度),因此更容易熔化。此外,它還降低了玻璃在任意溫度下的粘度。這樣它便更容易與其它材料混合併使氣泡從玻璃中移出。這些屬性可以確保玻璃更順暢地流經康寧的加工系統,進而提高了新玻璃的可加工性。也正是因此,硼使得無數技術性玻璃的發明創造成為可能,包括我們的新型Corning Astra Glass,它可以在高性能顯示器中實現極高的像素密度。
雖然康寧很看重硼「柔軟」的特性,但我們也會充分利用其「堅韌性」。代表性的案例是,硼是早期康寧大猩猩玻璃的關鍵組分之一。
硼優異的耐溫性廣為人知,但它的抗損傷性卻是我們偶然發現的。開發新組分時,研究人員通常會在玻璃上製作劃痕,並沿劃痕將玻璃斷開。研究員Matthew Dejneka仍然記得,在最初開發大猩猩玻璃時,有一次在試驗一個包含硼的配方,「當時,我不得不坐在玻璃上,用盡全身的力量使玻璃沿劃痕線斷開。我們本來是使用硼移除氣泡,沒想到,過程中卻發現硼可以實現如此驚人的抗損傷性。」
人們常說,熱情會隨著時間的流逝而消減。然而,一百多年後,硼依然在不斷地帶給我們新的驚喜。