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不碎的玻璃
添加时间:2012/5/23  作者:中科院  来源:中国科学院  点击:1734  
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不碎的玻璃
玻璃因其特有的透明质感,在日常生活中成为了不可替代的建筑材料及装饰品。但它最大的特点之一便是易碎,而且玻璃碎片像刀子一样锋利,一不小心就会把你划伤,让你流血,因此在使用及维护时要倍加小心。如果有一种不碎的玻璃该多好!其实这种玻璃早就有了。随着对玻璃这种材料研究的不断深入,科学家们也对它赋予了很多特殊的性能,其中之一便是不碎的玻璃,也叫做防弹玻璃,它们多使用在航空、电子、机械工业中已用作挡风玻璃、防弹玻璃、仪表仪器的观察窗,接线板治具、模型等。
发明不碎玻璃是因一次小小的事故引起的。那是1903年,法国有一位叫别奈迪克的化学家在一次实验中,不留心把一只玻璃烧瓶从实验柜上碰落到地上,因为玻璃瓶内装有实验用的溶液,这使他很沮丧,心想这一下可糟糕了,配制的溶液等于前功尽弃。可令他纳闷的是:这只又薄又脆的玻璃烧瓶摔到地上后,竟没有溅出一个碎片,烧瓶内的溶液也没有漏出来。整个烧瓶原样未碎,只是在烧瓶壁上留下了蜘蛛网式的裂纹。  
这事很令别奈迪克纳闷,搞不清其中的奥秘,他准备弄个究竟,可一时还放不下手中正在进行的实验,只好暂时作罢。但作为一位有心的科学家,他对这一现象作了记录,他在这只布满裂纹的烧瓶上贴了一张标签,上面写着事情的经过:这是从3米多高的地方摔下来的,捡起来后就是这个样子,时间是1903年11月。   
像那只烧瓶摔不碎的现象是偶然的吗?别奈迪克一直问自己,但因其他事情分散了他的精力,这个问题也就老是没有找到答案。   
几年后,别奈迪克突然在报纸上看到一则消息,说是有一辆汽车因发生事故,车窗上的玻璃碎成玻璃片,把司机和一些乘客划伤了。这马上使他联想起前几年自己出的那次小事故,“为什么我的那只烧瓶摔不碎呢?如果能在所有的汽车上都安装着不碎的玻璃,司机和乘客就能免遭受伤之苦了”。  
别奈迪克决心解决这个难题,于是他找出那只留有文字记载的没有摔碎的玻璃烧瓶,仔细研究它摔不碎的奥秘。他发现,这只烧瓶的壁上有一层透明的薄膜,就试着想把薄膜撕下来,但薄膜牢牢地粘在烧瓶内壁,硬是弄不下来。这层薄膜是从什么地方来的呢?他百思不得其解,于是他回忆自己用这只烧瓶装过什么东西,啊,记起来了,这只烧瓶曾装过硝酸纤维溶液,有可能是溶液挥发后留下来的一层薄膜。于是,他立即开始配制硝酸纤维溶液进行试验,结果不出所料,瓶壁上留下的柔韧而透明的薄膜,果然是硝酸纤维素。  
后来,别奈迪克试验在两块玻璃之间夹上一层透明的硝酸纤维薄膜,再把它们粘在一起,然后进行摔打试验,果然,玻璃只出现裂纹而不会四处溅出玻璃碎片。最早的安全玻璃就是这样发明的。
从外表看,一块防弹玻璃和一块普通玻璃没什么两样。然而,这只是它们唯一的相似之处了。一块普通玻璃,只要一颗子弹就能将其击碎。而防弹玻璃,根据玻璃厚度和射击武器的不同,可以抵挡一发到数发子弹的袭击。那么,是什么赋予了防弹玻璃抵御子弹的能力呢?
不同厂商生产的防弹玻璃各异。但基本上都是在普通的玻璃层中夹上聚碳酸酯材料层,这一过程称为层压。在这个过程中,形成了一种类似普通玻璃但比普通玻璃更厚的物质。防弹玻璃的厚度在7毫米到75毫米之间。射在防弹玻璃上的子弹会将外层的玻璃击穿,但聚碳酸酯玻璃材料层能够吸收子弹的能量,从而阻止它穿透玻璃内层。
还有一种单向防弹玻璃。它的一侧能够防御子弹,却不阻碍子弹从另一侧穿过。单向防弹玻璃通常被制成二层:在外部的易碎的一层和在里面的柔韧的一层。当一个子弹从外部射出时,子弹会先击中易碎的一层,并打碎一个区域。这会吸收一些子弹的动能,并且在一个更大的区域传播动能。当减慢的子弹击中柔韧的一层时,它就被挡住了。但是,当子弹从里面射出,它会先击中柔韧的一层。子弹能把柔韧的一层击穿是因为它的能量集中于一个小范围,脆的一层在柔韧的那层向外弹时向外碎裂,而且不妨害子弹的前进。
是不是很神奇呢?不过,由于这种玻璃的制造成本很高,对工艺条件的要求也很苛刻,所以还未能广泛使用,但相信有一天,它将出现在我们生活中的各个角落。


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