上海硅酸盐研究所副研究员 马英仁
从首次制成玻璃到发展成为当今的玻璃世界，其间经历了漫长的岁月。玻璃到底诞生于何时，连考古学家也说不准，但可肯定，在古埃及和美索不达米亚，玻璃已为人们所熟悉。约在公元前1600年，埃及已兴起了正规的玻璃手工业，当时首批生产的有玻璃珠和花瓶。然而，由于熔炼工艺不成熟，玻璃还不透明，直到公元前1300年，玻璃才能做得略透光线。当人类刚刚学会计算时间时，腓尼基人发现玻璃能够用吹制法制造。
罗马人和腓尼基人掌握了一整套玻璃制造方法，他们还学会了研磨、钻孔和雕刻。公元10世纪时，叙利亚阿勒颇的玻璃制品曾誉满全球。到了21世纪，阿拉伯人的玻璃艺术器经由巴勒莫和威尼斯，占领了整个欧洲市场……。
追溯过去，玻璃的闻世推动了科学的发展；看看现在，科学的发展又促进玻璃的创新；展望未来，玻璃科学日新月异，繁花似锦，有无限宽广的发展前景。
一、玻璃新材料
(一)新型的建筑用玻璃
在跨进信息时代的今天，人们需要舒适、安静的工作和生活环境，特别重视防止噪声、抗热、防火、防盗以及防止放射线的辐射。现代化高层建筑的窗户都装有反射率较大的涂膜玻璃，其涂层可防止大量的热辐射。另一种充满空气的多层玻璃还有明显降低导热性的作用。美国茨舒特公司研制的有三层玻璃板的隔热玻璃，其隔热性能可与一堵厚40余公分的砖墙相妣美，还有一种多层玻璃系统，能把飞机场的轰鸣声降到住宅区夜深人静时水平。"全防"玻璃及其它防弹玻璃既不怕猛烈的拳击，也抵得住枪弹的冲击。该玻璃由不同强度的玻璃层组成，各层间夹有质地坚韧的合成物质。
在德国汉诺威举行的国际建筑专业会上，展示了一种新的防火玻璃：它可在30分钟内透不过火焰和燃气，能经得起140℃的温度。该玻璃由数块玻璃板复合而成，总厚度15毫米，中间夹有无色透明体。遇到火灾时，受热侧玻璃碎掉后，中间立即会发泡，使玻璃失去透明性，变成又硬又厚的隔热板，马上和另一侧的玻璃紧紧地粘合在一起，增强了玻璃复合体的强度，直到熔化后掉下来为止。
这种防火玻璃可用于甲板防火的船舶中和建筑物上，它们除了作窗玻璃外，还可作隔火墙、隔音板及甲板。
(二)神奇的氟化物玻璃
科学界普遍认为，卫星技术和光导纤维技术将是新世纪的两大中心技术，而氟化物玻璃将在光导纤维技术中发挥奇特的作用。氟化物光导纤维的出现，大煞了石英光纤昔日的威风。因为在远距离通讯、尤其在海底通讯中，氟化物光导纤维由于其损耗极小，可在数千公里范围内免除一切中继站，无凝，这具有重大的科学和经济意义。
氟化物玻璃除用于远距离通讯外，在医学、国防等领域也将发挥巨大的作用。例如用它制成的测温计，不但能精确地测量高温，还能出色地测量低温，这就使目前常用的石英测温计大为逊色。
用氟化物玻璃制成的呼吸气体分析仪，可用来对处于麻醉状态下的患者所呼出的气体的浓度进行即时分析，以尽可能减少手术中的危险率。更神奇的是，氟化物玻璃还可用来治疗癌症：因为当癌细胞的温度略低于周围正常细胞的温度时，癌细胞就会被破坏。因此，只需找到一种方法，例如采用透红外线的氟化物光导纤维医疗器械，精确地控制周围细胞内部的注入能量，使其温度略高于癌细胞的温度，就能取得治疗癌症的效果。
氟化物玻璃的诞生，犹如在光纤技术世界发现了新大陆，引起了国际科学界的关注。法国稳拿了"氟化物玻璃发明者"的桂冠，并在制造工艺上取得了捷足先登的成就。
二、玻璃新应用
(一)光敏玻璃的后起之秀
美国康宁玻璃公司找到了制作新型光敏玻璃的方法。不过，该方法并不会使摄影师感兴趣，但它可用于高技术领域，从制造高级光学器件到生产集成电路芯片用的掩模。
其原理很简单：将光敏化学试剂引入玻璃体中，使之曝光加热。这种玻璃的结构具有高度的多孔性：微孔占总体积的30%，每个微孔的直径只有20纳米，大约能容纳4000个原子。所用的化学试剂几乎全部由羰基金属类化合物组成。试剂曝光后，可脱除一个或多个CO分子，留下它的半裸金属原子。金属原子不"喜欢"单独存在，而到处寻找一些物质，以取代它失去的羰基。金属原子所能获得的就是它周围的玻璃，故而金属原子与玻璃结合在一起。
当玻璃加热到200℃时，受光照射的化学试剂留存下来，而未曝光的试剂则被除去，相当于"固定"普通的照相图像。该图象并不模糊，因为微孔的孔径只有可见光波长的几分之几，所以微孔不致使光散射。当玻璃加热到约1200℃时，微孔消失，形成致密玻璃，在玻璃中就存留下永久图象。借助于有图象的玻璃，可用来对其它物质产生图象，换言之，它可用作光刻的掩模，因而引起了半导体芯片制造者极大的兴趣。
该玻璃的另一应用领域是在光学系统的衍射光栅方面。光栅是光学仪器的心脏，它能将普通光分解成单色光。其传统制法是将分隔狭窄的各线条刻入一片玻璃的表面。如今在这种光敏玻璃表面上产生图象的线条可以起到同样的作用，而且制备较容易。在玻璃处理过程中，如用其它的光敏试剂，还可使制成的玻璃产生不同的效果。
利用这种特性，可以做成复杂的透镜阵列，最引人注目的是在光通讯方面。因为利用器件中玻璃折射率的可控变化，能消除光信号通过纤维光缆中的畸变。
(二)能源及其它
未来的玻璃在能源方面的应用包括太阳能、激光核聚变以及核能三方面。在太阳能利用方面，发展高效，耐久和低成本的平板太阳能收集器对于大规模利用太阳能来为民用建筑服务是必不可少的。通常平板收集器中的黑色吸收板同透明玻璃盖板之间被空气隔开。为了减少对流损耗，可以采用第二块玻璃板。现阶段效率低的原因在于平板玻璃中的铁离子对太阳辐射线的吸收、玻璃表面的反射吸收器上面空气的对注等等。显然，降低平板玻璃中的铁含量和开发新型的防反射涂层或低反射表面，将有利于提高太阳能收集器的效率。
现在，激光诱发聚变与磁控聚变相结合，成为产生可控热核能的主要途径。激光诱发聚变就是使激光束按各向同性将氘和氚混合固体微球产生爆聚，使之致密，其密度是液态时的10,000倍左右。玻璃在这类核聚变中起了两种作用：首先是用于高功率钕玻璃激光器，其次是用来作为氘和氚混合物容器的空心玻璃微球。
在核能方面，放射性废物是一种硝酸盐溶液，处理后才转变成固态干粉，其组成十分复杂，含有20余种元素。尽管有多种"贮藏"方法，但最有希望的一种是把放射性废物转变成化学稳定的玻璃。这种玻璃不仅对水溶液必须有惰性和高的机械强度，而且在贮藏过程中由于核裂变的继续进行，玻璃在长时间的高温下必须保持结构稳定。
玻璃也可应用于另外一个截然不同的领域。这就是在德国以产白葡萄酒著称的莱茵河流域，有一个叫蓝泽海姆的葡萄种植与酿造研究所。他们长时间来，对酿酒工艺一直在进行试验。结果发现，酿酒不必再在传统的木桶内发酵，可以用大量的硼硅酸盐玻璃取而代之。以这种方式酿出的酒几乎没有氧化，味美清香可口。
三、玻璃畅想曲
玻璃在当代科学技术与我们的物质文化生活中的地位日益显得重要，它将不断造福于人类；我们也越来越离不开琳琅满目的玻璃世界。那么，再过10年、20年，我们的玻璃世界将以怎样的面貌出现呢？
让我们展开幻想的翅膀，科学地、大胆地提出各种美好的、富有诗意的设想。目前对非晶态固体材料的认识，以及对这些材料结构能作精细分析的实验手段日臻完善。时代赋予我们的责任，要求我们能象过去的生物化学家对待核糖核酸病毒等那样，能提供详尽的玻璃结构信息。我们也希望设计能和设想结合起来，并反馈为光、电、磁、生物等功能材料。玻璃世界的未来，可能构成一部绝妙的畅想曲。
(一)建筑面貌焕然一新
到那时玻璃在许多用途方面的性能将大大提高。例如玻璃受压时不易弯曲，玻璃不易疲劳，玻璃比许多材料更耐腐蚀，玻璃生产也有着取之不尽的更加广泛的原料。
那时建筑和家用方面的能源消耗费将减少70%。隔热材料的需要量将几倍于现有的玻璃纤维。太阳能收拾器将消耗大量的平板玻璃和玻璃纤维板。玻璃纤维增强混凝土这类建筑构件可用于低成本的民用建筑以及亚热带、热带和特殊房屋建筑。反射玻璃控制着光和热。玻璃板上盛行的涂膜可作为廉价的抗外界腐蚀材料。
那时的玻璃结构材料可与钢材竞争，其强度将达到7000kg/cm2，约两倍于钢的强度。能承受较大压力的玻璃圆屋顶复盖着房屋结构，甚至部份居民区。在这些建筑物中，人们享受安居乐业、气温适宜的生活，并尽情地欣尝瞬息万变的海底景色。象老式教堂的窗户一样，历史建筑物的全部表面都可用玻璃罩起来，以挽救大自然的冲刷对它造成的损失。
(二)民用住宅大改观
未来的民用住宅中，厨房大为改观，到处出现玻璃炉灶，所有微波炉和其它烹调器具都可透过玻璃看得一清二楚，并自动控制。你也许看到手里拿着美味食品的家庭主妇正从这边可见的食品柜走向那边可见的餐桌，忙得不亦乐乎。
客厅里的照明设施和其它房间一样，都采用场致发光的玻璃外墙。为了控制室温和室内采光，窗子也都采用了导电玻璃薄膜，并大量采用光致变色玻璃，原来形形式式的窗帘都将"退役"。这时，(电)灯泡变成了老古董，人们不再用它，只有少数人才把它珍藏在壁柜里。
(三)工业产品添新花
玻璃在工业生产中的应用远远超过了因循守旧者的设想，到那时，它可以作为池炉的一个重要组成部分。微晶玻璃炉衬将受到窑炉工作者的青睐，因为它耐热冲击，并具有高温稳定性以及透红外传导性。
电子冰箱和电子空调设备中，玻璃将是一种关键材料。玻璃部件将用于能在黑暗中"明察秋毫"的电子图象增强器中。电子录音器也用上玻璃部件，用它录下的乐曲，声音将更加美妙、悦耳动听。导电玻璃和玻璃电极将用于数字钟、计算机等的显示器上。用非晶态合金能制成各式各样的磁性用具，还可获得无法估量的物质财富。
(四)生物医疗少不了
微孔玻璃将广泛用于生物分离和酶的固相化等工艺，其它工业领域如氨基酸生产、糖或淀粉的转化等也将应用这种玻璃。生物微晶玻璃将大量用于外科手术。它既可代替金属，又可代替金属涂层，不但耐腐蚀，更重要的是，它因含有CaO、P2O5等能生成羟基磷灰石，从而与有机体组织"亲密无间"。
玻璃内窥镜虽已不是"新生儿"，但从体内照明看来，将可进一步深入到人体内部难以到达的部位，使医疗诊断更准确可靠，成为医生的得力工具。
在农业方面，为了确保农业大丰收、年年稳产高产，那时可大量使用长效、多功能的玻璃肥料。
(五)通讯、运输大变样
未来的公交运输将四通八达。公交车车体和引擎周围的绝缘体用的金属材料将大为减少，而由玻璃纤维增强的车辆、汽艇和引擎外壳大为增多。飞机、汽车、小火车等壳体将用玻璃增强塑料制成。微晶玻璃由于具有引人注目的强度和良好的抗热震性，可用于汽车发动机的"热"部件上，也可用作催化剂载体来减少汽车废气对环境的污染。
玻璃既可制造玻璃路轨，也可建造玻璃桥墩。这并不稀奇。在保加利亚的克热日市，已建造了世界上第一座完全用玻璃增强塑料制成的桥梁。桥的规模很大：长12.5米，宽8米。它比用钢筋混凝土制造同样规模的桥梁轻10倍，用一辆普通的牵引车就能将整座桥梁运送到任何地方去。
在通讯方面将大量采用光通讯：用光导纤维制成的线路，每一根可负载十万个光信息录象电话，这样可减少到异地的旅行和出访。光导纤维可传输图纸、面貌、人体及实况的形象。人们常说的"电线电缆"一词已逐步转向"光纤光缆"，而人们常用的"普通电话"将广泛被"可视电话"所取代……。
总之，我们要不断研制和开发新型玻璃材料，满足人们日益增长的生活需要，迎接玻璃世界光辉灿烂的未来!