微晶玻璃：「錯」出來的發明

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「這個實驗要花兩小時，我能做點什麼呢？」1952年秋季的一天，在聞名遐邇的美國玻璃製造公司——康寧玻璃廠（注）實驗室里，玻璃研究專家唐·斯圖基對著櫃檯上的電爐，自言自語道。

一塊玻璃躺在電爐里。電爐表面的溫控儀顯示為500℃，比普通玻璃的軟化點低100℃。斯圖基要做的是，通過實驗讓普通玻璃軟化，並根據軟化結果研製新型的感光玻璃。所謂感光玻璃，是指能感光顯色的玻璃。這種玻璃經紫外線照射感光後，再經過熱處理，便能顯示出美麗的影像，不但色彩鮮艷，而且永不褪色。斯圖基的上司曾信誓旦旦地講，感光玻璃將會讓康寧玻璃廠的業績再上一層樓。

遇光而變色的感光玻璃（來源於科普中國網）

斯圖基是康寧玻璃廠聘請的專家。由於性格的原因，他與上司相處並不融洽。這或許也是上司不給他配助手的原因之一。比如，他喜歡把自己關在實驗室里做實驗，上司則希望他多參加會議與活動。前幾天，上司給他交待研製感光玻璃的同時，還希望他經常參加公司的會議。斯圖基何嘗不想參加會議？但他忙不過來。比如，按照工藝規格的要示，感光玻璃熱處理時，加熱溫度為玻璃軟化溫度以下100℃，保溫時間為2個小時左右。這段時間，他原則上不能離開。

他把一塊玻璃放入自動控制溫度的電爐中加溫。一切準備就緒，他關上爐門，接通電源，電爐開始升溫後，他如前文般坐在位上靜心觀察。

唐·斯圖基正在研究玻璃（源於中文網）

「叮—叮—叮！」突然，實驗室響起一陣急促的電話鈴聲。接起來，對方正是斯圖基的上司，「斯圖基先生，請到三號會議室開一個關於感光玻璃試生產的會議。現在就來。」

「可是，」斯圖基瞄了一眼電爐，「我正在做一個試製感光玻璃的實驗，兩個小時內無法離開。因為玻璃放進電爐十幾分鐘了。」

「電爐不是有自動溫控儀嗎？」上司語氣沉了下來，「難道讓幾個領導都等著你？」

「好吧。我馬上到。」還是那討厭的語氣！斯圖基擱下電話，把溫控儀的溫度調到550℃後，關上實驗室的門，匆匆趕往會議室。

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一個多小時後，斯圖基拖著疲憊的身軀回到實驗室。他與上司發生衝突，上司認為他一年多未給公司帶來明顯的業績，有浪費資源的嫌疑。斯圖基則認為，科學是急不得的。

美國康寧公司一角（網路圖）

「啊？」他看了一眼溫控器，大吃一驚。原來，自動溫控儀上顯示的溫度是900℃。「玻璃一般600℃左右開始軟化，溫度再上升，便進入融熔狀態。這塊玻璃看來報廢了。融漿別把電爐燒壞了呀。」他不由想到。

斯圖基趕緊打開爐門。他再次驚奇了。原來，這塊玻璃沒有熔融，而是變成了一塊奶白色的薄板，直挺挺的躺在爐內。

「謝天謝地！」當他試圖拿出這塊薄板的時候，由於鉗子未能夾緊，玻璃薄板滑落在地。讓他再次驚奇的是，玻璃沒有摔碎，而是彈了起來。

「這是怎麼回事？」斯圖基把這塊玻璃放在顯微鏡下觀察，發現有大量的微小晶體。「一般玻璃應該與松香、石蠟、塑料等材料一樣，其內部原子排列是沒有規則的，這也是它易碎的原因之一。這種玻璃由微小的晶體組成，也就是說，它的原子排列是有規律的。這是怎麼回事呀？」憑直覺，他認為這是一種前所未見的玻璃。

「叮—叮—叮！」正當他準備細心研究時，電話鈴又響了。接起來，正是魔鬼上司，「邀請」他到辦公室交流工作！

「唉！」斯圖基嘆了一口氣，然後把剛才實驗用的玻璃放在樣品袋裡，寫好觀察結果，再次離開了實驗室。

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實驗後的第三天，由於與上司不和及其它原因，斯圖基選擇了離開康寧玻璃廠。離開前，從職業角度出發，他把那個玻璃樣品袋連同實驗報告交給了上司。

上司是個細心的人。他根據斯圖基提供的報告，請了一些玻璃研究人員研製出一種新型的有機玻璃，並迅速推向市場。這種玻璃重量比鋁輕，在高溫下又不會變形，且強度高於高碳鋼，與常規的鈉鈣玻璃相比則要高出許多倍。康寧玻璃廠的領導經過研究，把這種玻璃稱為微晶玻璃。

一年後，康寧玻璃廠批量生產出微晶玻璃：首先要把原材料按照比例配好，放到窯爐里燒熔，等全部融化之後，把熔液倒在冰冷的鐵板上，這叫做淬火；淬火之後，原料已經變成了一塊晶瑩的玻璃，這一步是燒結的過程；然後把玻璃搗碎，裝入模具，抹平，再次放入窯爐，這次煅燒使它的原子排列規則化，也是從普通玻璃到微晶玻璃的轉化過程。

晶體玻璃與一般體玻璃示意圖（來源新浪網）

隨著科學的發展，科學家們已經研製出1000多種不同成份的微晶玻璃，它們的性能也各不相同。經測定表明，結晶的直徑通常不超2微米，只有頭髮比精細的幾十分之一。

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作為具有發展前途的新型材料，微晶玻璃優於天然石材和陶瓷，可用於建築幕牆及室內高檔裝飾，還可做機械上的結構材料，電子、電工上的絕緣材料，大規模集成電路的底板材料、微波爐耐熱列器皿、化工與防腐材料和礦山耐磨材料等等。

由於微晶玻璃既像鋁那樣輕巧，在高溫下又不會變形，所以航空航天工程師看上了它。他們用微晶玻璃來製作噴氣式飛機弈動機的噴嘴，以及用作火箭、人造地球衛星和太空梭的結構材料。

凹形微晶玻璃（網路圖)

微晶玻璃易於加工，材質均勻，製成後尺寸精確，因此在軍事工業中也大有用武之地。例如，利用微晶玻璃來製作導彈頭部的防護罩，使導彈在高速飛行過程中能輻射大量的熱，從而降低工業溫度。因此，軍事科學家將微晶玻璃譽為導彈頭部的「保護神」。

最值得一提的是，微晶玻璃對天文學家幫助也很大。原來，反射式望遠鏡的凹鏡是採用普通的光學玻璃製作的，這種玻璃會熱脹冷縮，凹鏡的準確形狀和精度尺寸都會因受氣溫的影響而發生變化，影響望遠鏡的觀察效果。

根據微晶玻璃受熱脹冷縮的影響極小的原理，科學家們用它來製作望遠鏡的凹鏡，使其精度不至於受氣溫影響。1978年，我國利用微晶玻璃製成了凹鏡直徑為2.2米的反射式望遠鏡。安裝在北京天文台，使我國進入了為數不多的能製造大型微晶玻璃凹鏡的國家的行列。

微晶玻璃可以用作天文望遠鏡的鏡片（網路圖）

看到這些，當年研製感光玻璃無果，「錯」中發明這種新型材料的斯圖基，真心後悔離開康寧玻璃廠太早了點吧。

注釋：

1、康寧玻璃廠：特殊玻璃和陶瓷材料的全球領導廠商，創造並生產出了眾多被用於高科技消費電子、移動排放控制、電信和生命科學領域產品的關鍵組成部分。1879年，它最先發明並製造出玻璃燈泡，使愛迪生的發明成為現實。1947年，它最先發明並大規模製造齣電視顯像管，使電視進入千家萬戶。

參考資料：

1、 《101項工作成果》，漢語大詞典出版社，2005年5月。

2、 《探索化學的迷宮》，中國言實出版社，2006年5月。

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