硼:元素周期表上的硬汉硼在硼硅酸盐玻璃中的优势

硼:硬汉

硼:硬汉

硼在太阳系中被认为是一种“低丰度”元素,只占地球地壳的0.001%。然而,尽管它在宇宙中的代表不多,但在康宁的研发实验室中却极为普遍。事实上,如果你仔细查看我们的玻璃成分清单,你会发现数以百计的硼硅酸盐——也就是以硼和二氧化硅为特征的玻璃,而传统的钠石灰玻璃用于窗户和瓶子。

为什么硼这么受欢迎?很大一部分是它的硬汉吸引力。硼使玻璃具有很强的化学耐久性。它的热膨胀系数也很低。这意味着硼硅酸盐玻璃比钠石灰玻璃能更快地承受温度变化。

康宁的第一个重要应用硼硅酸盐玻璃是一个你可能熟悉的产品:PYREX®玻璃。像世界上最受喜爱的超级英雄一样,PYREX玻璃也有一个伟大的起源故事。1915年,康宁的物理学家杰西·利特尔顿博士试图开发一种耐热玻璃。一天晚上,他带回家一个用实验玻璃合成物锯断的电池罐。他的妻子贝西用它烤了一块海绵蛋糕,证明了这种玻璃可以用于烤箱,并由此诞生了具有传奇色彩的炊具和实验室玻璃系列。

是什么使PYREX玻璃如此耐温?这与玻璃在加热和冷却时膨胀和收缩的方式有关。当一种材料变热时,它的原子振动得更厉害。随着原子之间空间的增大,物体也随之膨胀。硼的振动比其他元素小得多,膨胀也小得多。

但硼的吸引力还不止于此。它降低了玻璃的脱晶温度(形成晶体的温度),这使得玻璃很容易熔化。此外,它还降低了玻璃在任何给定温度下的粘度。这使得它更容易混合,并允许气泡从玻璃中升起。这些质量也提高了新玻璃的可制造性,确保玻璃顺畅地流过康宁的系统。因此,硼使许多技术玻璃成为可能,包括我们的新康宁®Astra™玻璃,这是一种玻璃基板,能够实现极高的像素密度,用于高性能显示。

但即使康宁赞赏硼的软的一面,我们也不断回到它的韧性。例如:硼是早期康宁Gorilla玻璃的关键成分之一。

虽然硼的耐温性是众所周知的,但我们对硼的抗损伤性的发现却是偶然的。当开发新的成分时,研究人员通常会在玻璃上划痕,并沿着划痕打碎它。研究员Matthew Dejneka博士回忆起早期研究大猩猩眼镜的工作,并实验了含有硼的配方。Dejneka说:“我不得不坐到玻璃上,让它沿着得分线断裂。”“我们一直在使用硼来去除气泡,在这个过程中,我们发现它能给我们带来巨大的抗破坏能力。”

有人说长期的关系会失去火花。但在100多年后,硼的能力仍然让我们惊讶。

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