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为什么超级材料会是玻璃,可是我们的印象中玻璃是很脆弱的,这是因为我们没有看到玻璃的本来面目。
这个故事还得从玻璃的三个性质说起,
首先玻璃无论是哪一个地方受到了打击,破碎后总是一碎一大片。
这一现象,好像斯通见惯,于是人们用脆来形容玻璃,却依然没有搞清楚玻璃为什么这样脆。
仔细想一想,这的确是一个不好回答的问题,能问哭高中的物理老师。
实际上关于玻璃的这个特点,至今依然是物理前沿所研究的一个重点。
玻璃的另一个不同寻常的特点是它能够受到声音的影响而破碎。
虽然这个问题有一个流行的答案,是因为产生了共振,但依然无法解释,声音却不能用这种方式毁坏其他物品,哪怕把音量提升得再高。
而且能够导致玻璃破碎的声音,本身的能量并不需要太大,这都将事情的矛头指向了一点,玻璃可能是自己主动破碎的。
第三个属性是,玻璃被生产出来后都有一定的自爆概率,这种自爆现象是在没有外力干预的情况下自发产生的,而且无法阻止和避免。
即便将一块幸存下来的玻璃放在一个恒温的保险库内,依然会有极小的概率发生自爆。
玻璃是一个很奇特的物质,拥有其他材料所不具备的一些特性。
实际上关于玻璃的难以回答的问题还有很多,为何玻璃会有这种古怪的性质,这是当代凝聚态物理的未解之谜。
甚至到现在,玻璃究竟是不是液体都还是一个物理学家们争论不休的话题。
不过刚才所提到的三个玻璃的特性却有合理解释,有一个来之于物理前沿研究成果的答案可以同时解释这三个特性,听起来有一些耸人听闻。
通俗地说玻璃内部潜藏着无数的小炸弹,他们随时准备爆炸,可以是被外部条件触发引爆,也可以是自爆。
玻璃之所以总是一碎一大片,是因为当其中任何一个点受到打击后,随着这个点上的小炸弹被触发,这些小炸弹的爆炸又可能激活周围的炸弹,于是引起连锁反应。
声音能够导致玻璃破碎的原因也是如此,并非是声音本身的能量过于强大,而是他们触发了那些玻璃内原本就有爆炸冲动的小炸弹。
至于玻璃的自爆现象,就不必再解释了。
暂时抛开对于玻璃的固有印象,我们知道组成玻璃的化学键是si-o硅氧共价键,其键能非常大,很难被破坏,
同时共价键强度远大于金属键,也就是理论上由大量硅氧共价键组成的玻璃强度上也应该完爆金属,可是我们一般见到的玻璃却不是这样。
玻璃的破碎是因为其本身内部产生了自爆,玻璃原本无坚不摧,没有任何金属材料能够伤害玻璃。
玻璃被金属物品击碎,只是在这个过程中产生的冲击,触发了玻璃上面原本就有的小炸弹,使其引爆。
当然小炸弹只是一个比喻,我们将沙子加热到高温融化制成玻璃,打断了他们原有的共价键后重新冷却,硅原子和氧原子很难形成整齐的框架,
这也就意味着必然会有原子被挤压,实际上的我们目前所生产出来的玻璃,内部并非完美排列,而是在冷却的过程中原子间胡乱挤压,最终导致了内部隐藏着无处不在的巨大的隐患,于是形成了这些随时会爆炸的“小炸弹”。
那么假如有什么办法能让玻璃内没有这些小炸弹,这种玻璃的性质又会如何呢。
这种玻璃在这个世界上并不存在,可以说是一种绝对完美和理想的玻璃,金属在它的面前如同泥巴一样柔软。
既然是绝对理想状态下,那么直接比较一下组成玻璃的化学键和组成金属的化学键的强度。
组成玻璃的si-o共价键其强度远胜于组成金属的金属键,这一点在一些高分子合成材料中也有体现。
虽然至今人类暂时还没有制造出,那种内部没有小炸弹的完美玻璃,但是却在逐渐尝试着靠近这个方向,其成果便是钢化玻璃。
而这个故事的开始要从鲁伯特之泪说起。
鲁珀特之泪的制造并不复杂,只需要把融化的玻璃滴入水中就可以得到。
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