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平板的“表面”功夫,深入了解玻璃的故事
  • 2014-8-8 10:55:38
  • 类型:原创
  • 来源:电脑报
  • 报纸编辑:陈邓新
  • 作者:
【电脑报在线】 平板、电视、手机,除了芯片和线路板之外,还需要哪些关键材料呢?塑料、金属、碳纤维,这些答案都对,可你还忘记了一个很重要的材料--玻璃。除了在液晶屏上大量使用了玻璃,玻璃更是出现在笔记本触控板和平板外壳上,那么,玻璃是怎么与科技结缘的呢?


        平板、电视、手机,除了芯片和线路板之外,还需要哪些关键材料呢?塑料、金属、碳纤维,这些答案都对,可你还忘记了一个很重要的材料--玻璃。除了在液晶屏上大量使用了玻璃,玻璃更是出现在笔记本触控板和平板外壳上,那么,玻璃是怎么与科技结缘的呢?

  传说各异,玻璃无意被发明

       玻璃是怎么被发明的?这在各国说法还真不一样,欧洲人普遍认为,那是在3000年前,腓尼基的航船在地中海搁浅时,船员为了埋锅造饭,只得搬来船上运输的天然苏打,一场大餐之后,苏打和石英砂的混合物居然被熔化,形成晶莹剔透的东西,于是玻璃就被发明了。而威尼斯人连忙纠正说,玻璃是2500年前威尼斯人发现的,而且当初架锅的不是天然苏打,而是硝石。

        尽管说法各异,但在各国传说中,无一例外地都是石英或石英砂在高温下产生的,这其实与如今普遍使用的硅酸盐玻璃有相似之处,即以二氧化硅为主要化学成分的石英在高温下熔解,在其他杂质,如氧化钙、氧化钠的混合下,形成复杂的氧化物结构(Na2O●CaO●6SiO2),最初的玻璃也就如此土法上马,出现在人们的视野中。

        但玻璃走向成熟的标志,还得说是三百多年前在威尼斯诞生的玻璃镜,这标志着玻璃的透明度和光泽度已经走向成熟。不过镜子工艺在当年,可是绝对的“高科技”产品,一个玻璃镜能卖到15万法郎,这也让玻璃镜成为威尼斯最大的秘密,以至于威尼斯政府下令,所有的玻璃工厂都必须搬到姆拉诺孤岛上去,而外国人不能上岛。这样严格的保密,让威尼斯独享玻璃丰厚的利润数十年。直到1666年,法国大使用高薪收买了岛上工匠,并展开了一次复杂的偷渡行动,玻璃镜技术才脱离姆拉诺孤岛,在欧洲遍地开花。

如今姆拉诺岛依旧用古法手工生产玻璃工艺品

 

无可替代,玻璃结缘科技业

        在科技的发展历史中,玻璃更是无可替代。当爱迪生发明灯泡,首先就面临灯丝在高温下易氧化熔断的问题。爱迪生想出了将灯丝放置在真空环境下的办法,这就要求灯泡外壳不但要透明和完全密封,还要能承受一定压力。幸亏在当时,玻璃吹制工艺已经成熟。正因为这样,电灯才能顺利问世。在显示领域,玻璃更是不可替代。CRT那笨重的外壳,正是为了隔离空气,承受巨大空气压力的玻璃罩。即便在液晶显示器上,基本结构也是依靠夹在两块玻璃基板中的液晶分子进行偏转,从而显示图像。当然液晶的特殊结构,也对玻璃有了更高的要求,除了更高的强度和轻薄,在液晶基板玻璃上,还需要印刷透明电极、彩色滤光片等等,这就要求基板有很好的印刷性。玻璃基板的表面平整性要求也非常高,玻璃上不能有任何气泡和瑕疵,还必须有极小的膨胀系数。可以说液晶基板是玻璃中的高帅富,对生产要求极高,这也是美国康宁、日本旭硝子、电气硝子及板销子等几家厂商几乎垄断了液晶玻璃基板生产的原因。

实际上玻璃在科技产业的应用领域远不止这些。触控屏、笔记本触控板,甚至不少设备的外壳上,都使用了玻璃。而由玻璃纤维组成的光纤,也正维持着互联网主干线路的正常运作。当然在不少领域,玻璃的应用也受到了冲击,如在LED灯泡上,其外壳已经普遍使用亚克力,而设备指示灯的导光设备,使用的也是有机玻璃。甚至在光纤上,有机玻璃也有取代光纤之势。

 

延伸阅读:有机玻璃不是玻璃

       有机玻璃虽然有玻璃二字,但其实不是玻璃,而是一种名为聚甲基丙烯酸甲酯的塑料,俗名亚克力。由于这种塑料透光性性能好、结构致密,颇有玻璃的质感,因此得名有机玻璃。那玻璃和塑料的最大差别在哪呢?其实,塑料是一种聚合的高分子有机物,而玻璃虽然品种众多,却都是无机物。有机、无机,这才是塑料和玻璃的根本区别。

 

 

1879年爱迪生发明的灯泡,就采用玻璃作为外壳

 

 

液晶面板的基本就是两片玻璃中间夹着液晶

 

再进化,玻璃不像“玻璃”

一说到玻璃,总让人想到容易破碎的窗户玻璃。不过,科技的进步,玻璃的应用也正在拓展。那么,看似脆弱的玻璃怎么担当起平板甲胄的重任呢?

康宁大猩猩玻璃在高端手机和平板上应用广泛,总是和坚固的印象联系在一起。但你可能没想到,大猩猩玻璃的基材其实和我们日常玻璃杯窗户玻璃并没有多大区别,都是最为传统的硅酸盐玻璃。但大猩猩玻璃在生产后,还要进行一次关键的离子交换过程,利用硝酸钾中的钾离子将玻璃中的钠离子置换出来。由于钾离子的结构更大,化学特性更加活泼,这也就意味着替换后所生成的新化合物有更高的稳定性和更高的强度,形成了一层致密的加强压缩层,让玻璃表层不容易被划伤。而钾离子更强大的化学键,也赋予了大猩猩玻璃更好的柔韧性,在轻微弯曲的情况下,其化学键不会断裂,在外力撤销后,化学键重新复位,这就让大猩猩玻璃具备更强的抗高压能力。

 

如今,“大猩猩”在手机和平板上有着另外的含意

 

 

大猩猩玻璃工艺关键是更稳定的钾离子对钠离子的替换

 

 

本文出自2014-08-11出版的《电脑报》2014年第31期 A.新闻周刊
(网站编辑:shixi01)


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