玻璃與光纖
有人說，沒有玻璃，西方也許不會(huì)發(fā)生科技革命。這句話雖有些夸張，但也在一定程度上說明了玻璃在人類歷史上的重要地位。從玻璃器皿、顯微鏡、望遠(yuǎn)鏡到電子電路、平板顯示器，如今，我們生活處處離不開玻璃的身影。
人造玻璃于公元前20世紀(jì)到公元前15世紀(jì)出現(xiàn)在中東地區(qū)，主要由于該地區(qū)有適合熔制玻璃的原料。公元前1世紀(jì)，中東人發(fā)明了玻璃吹制技術(shù)，這與當(dāng)時(shí)冶金技術(shù)的發(fā)展密切相關(guān)，因?yàn)榇抵撇Ａ枰靡桓L(zhǎng)的金屬管。采用吹制方法可以制備薄的透明玻璃，并將玻璃制成不同形狀的餐具、容器等。公元1世紀(jì)到8世紀(jì)，在吹制技術(shù)基礎(chǔ)上，發(fā)展出了各類玻璃成型技術(shù)，由此可以制備窗玻璃、長(zhǎng)方形玻璃。中東和北非地區(qū)的主要玻璃制作工藝為吹制，并一直保留到19世紀(jì)。
高溫澆筑下的液態(tài)激光釹玻璃，激光釹玻璃是一種含有釹離子的特殊玻璃。
玻璃制備技術(shù)最早通過意大利人傳入歐洲，并在當(dāng)?shù)匾?guī)模生產(chǎn)。彩色玻璃的生產(chǎn)始于1000年，10-11世紀(jì)歐洲皇室準(zhǔn)許貴族經(jīng)營(yíng)玻璃生產(chǎn)和交易，并進(jìn)行玻璃制備技藝的家族傳承。中世紀(jì)歐洲大興教堂建設(shè)，促進(jìn)了彩色玻璃技術(shù)的發(fā)展和成熟。13-16世紀(jì)歐洲文藝復(fù)興時(shí)期，威尼斯由于其特殊的地理位置和與中東地區(qū)的密切貿(mào)易往來，以及豐富的石英原料（來自海岸）、獨(dú)特的原料提純技術(shù)、豐富的柏樹資源（作為燃料），成為歐洲玻璃生產(chǎn)和貿(mào)易中心。
17世紀(jì)到19世紀(jì)，現(xiàn)代玻璃制造技術(shù)在歐洲大陸興起。這主要得益于歐洲科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，原料更加精細(xì)、成分更加可控、燃料從木材轉(zhuǎn)變?yōu)槊海@也標(biāo)志著玻璃生產(chǎn)進(jìn)入了工業(yè)化時(shí)代。由于英國(guó)富有鉛礦，遂開始生產(chǎn)水晶玻璃，英國(guó)、法國(guó)于17世紀(jì)開始取代威尼斯成為歐洲玻璃生產(chǎn)中心。18世紀(jì)末的科技革命帶來了19世紀(jì)玻璃制造業(yè)的創(chuàng)新和大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)，相繼產(chǎn)生了圣戈班、皮爾金頓、肖特等代表性的玻璃公司，可規(guī)模化生產(chǎn)平板玻璃、容器玻璃，用于建筑物、日常生活等。德國(guó)肖特公司于1884年開始光學(xué)玻璃的生產(chǎn)，并應(yīng)用于顯微鏡和望遠(yuǎn)鏡等科學(xué)儀器。
第一次世界大戰(zhàn)期間，歐洲的玻璃工業(yè)受到很大影響，一戰(zhàn)結(jié)束后開始逐步恢復(fù)。此時(shí)，美國(guó)的玻璃工業(yè)興起，形成了歐洲和美國(guó)兩大玻璃生產(chǎn)和研制中心，并于1920年開展了汽車玻璃和安全玻璃（復(fù)合玻璃）的工業(yè)生產(chǎn)。1913年派萊克斯玻璃誕生，主要用作青霉素、疫苗等藥物和生物醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)的器皿，在二次世界大戰(zhàn)和生物醫(yī)藥研究中發(fā)揮了重要作用。
1910年后，光學(xué)玻璃品種得到擴(kuò)展，為精密光學(xué)儀器開發(fā)提供了重要基礎(chǔ)。1934年，美國(guó)康寧公司研發(fā)了高純石英玻璃，從此開啟了石英玻璃在太空探索和天文學(xué)研究（哈勃太空望遠(yuǎn)鏡和國(guó)際空間站及太空飛船的窗戶）、軍事（潛水艇的窗戶）、激光器（透鏡）、光刻機(jī)（鏡頭）等領(lǐng)域的應(yīng)用。1970年，康寧公司成功研發(fā)了低損耗光導(dǎo)纖維（光纖），為現(xiàn)代光通信和網(wǎng)絡(luò)社會(huì)的構(gòu)建提供了重要的材料基礎(chǔ)。1939年，康寧公司開始研制電視機(jī)的環(huán)形陽(yáng)極射線管，1950年研制黑白電視屏幕，1980年研制液晶顯示玻璃。
中國(guó)的光學(xué)玻璃研發(fā)起步于20世紀(jì)50年代，在王大珩先生的倡導(dǎo)下，開始研發(fā)和建立國(guó)內(nèi)的光學(xué)玻璃研發(fā)體系，這為中國(guó)的光學(xué)和激光事業(yè)發(fā)展奠定了重要基礎(chǔ)。
高功率激光器的心臟——釹玻璃
我國(guó)于20世紀(jì)開啟了玻璃的機(jī)械化生產(chǎn)和多品種玻璃的研發(fā)生產(chǎn)，玻璃制備技術(shù)也不斷創(chuàng)新，玻璃應(yīng)用從日用品、建造物，發(fā)展到生物醫(yī)藥、半導(dǎo)體制造用光刻機(jī)鏡頭、激光器、熱成像、測(cè)溫、光譜儀、通信、X射線成像、輻射防護(hù)等領(lǐng)域，極大促進(jìn)了科技進(jìn)步和發(fā)展。與此同時(shí)，國(guó)內(nèi)的玻璃體系也從單一硅酸鹽玻璃拓展到硼硅酸鹽玻璃、鑭系玻璃、磷酸鹽玻璃、氟化物玻璃、硫系玻璃等。
作者：胡麗麗（中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所研究員、中國(guó)硅酸鹽學(xué)會(huì)特種玻璃分會(huì)理事長(zhǎng)）
圖片：中科院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所提供
