新型玻璃的现状与未来

新型玻璃的现状与未来

1何谓新型玻璃

高技术发展要求优异的系统，以及支持这种系统的仪器装臵的高性能化。其基础就是要求具有优异功能的尖端材料。尖端材料按功能进行分类，可分为光、电磁、热、机械、化学、生物等各种领域。新型玻璃在所有这些功能领域中都最出色，并且今后还会出现更加出色的玻璃。

新型玻璃可以定义为，可应用于高技术各领域的具有高功能高性能的玻璃。我们这里主要从技术角度考虑，所以它不单指玻璃态物质，也包括无晶形物质，还包括经过这些状态使其结晶化而制成的功能性微晶玻璃。这些物质中的玻璃半导体、金属玻璃、无晶形石墨、有机高分子物质等已分别刊为较大的材料领域，这里就不叙述了。本文仅在化学组成方面叙述，有氧化物、卤化物、硫属化物。材料可有各种形状，如块状纤维、薄膜、多孔体、粉末等。大多数新型玻璃为无孔体，但多孔体的新型玻璃中也有重要的材料。

玻璃有透明的性质，可制成极为平滑的表面，其化学组成可作多种变化，还可进行热处理和离子交换等加工，制成具备新的特性的材料。由于它具有这种素质，所以能制成各种各样的新型玻璃。1970

年以来，由于认识到这种新材料的重要性，日益要求具有新功能的新材料，才促进了新型玻璃的诞生。今后电子学时代将进入到光学电子学甚至光学时代，需要例如非线性光学特性的大型材料，为此开发新型玻璃将是重要的课题。

２新型玻璃的发展

1954年Denton等发表了震惊广大玻璃研究人员的氧化物半导体玻璃。这种玻璃含有多量过渡金属氧化物，用特种金属离子臵换传统氧化物玻璃中的金属离子，形成新组成的氧化物玻璃。这种玻璃用P2O5或Ｂ2O3代替作为玻璃形成氧化物的SiO2，但仍没有超出氧化物的范围。

与此相反，新型玻璃在化学组成方面的大飞跃，是从用氧以外的阴性元素取代了氧化物玻璃中的氧开始的。在本世纪６0年代认识了用Ｓ、Se、Te取代。创成的硫属玻璃所显示出的电子导电和显著的光导性能，其后还有重金属氧化物玻璃的发现（1974），快离子导电玻璃的创造（1980年代），氮氧化物玻璃的发展（1980年代）由于这些玻璃的开发，更加明确了阴离子组成设计的重要性。

此外新型玻璃的发展，不仅是新组成的设计，也是由于新的玻璃制造方法（合成法）与加工方法的适当采用而有了更大进步。合成方法有气相法和溶胶一凝胶法（也称为低温液相合成法）加工方法有玻

璃分相、结晶化离子交换等，这些已经应用于新型玻璃的制造上。３．新型玻璃的种类与应用

…主要的新型玻璃及其应用如表１所示。表１中按新型玻璃的功能领域划分为６类。在光功倦领域中列出了许多新型玻璃，这是因为玻璃本来就具备透过大部分或一部分紫外光、可见光和红外光的性质的缘故。

3.１光功能性玻璃

将玻璃的透明性提高到登峰造极的是通讯用光导纤维。此外光导纤维还可利用红外光传递图像和镌量。有的光导纤维还可以传递激光测量和激光加工用的激光束。激光玻璃为含Ｎd璃用于激光接爰变。光存储玻璃为Te—O或硒化物玻璃，它利用因激光束照射而改变其反射率的现象来实现光存储。具有光色性、声光效应、法拉第旋光等功髓的新型玻璃可以用于光开关、调光以及光偏转。今后随着电子学转向光电子学，以及光学技术的进展，新型玻璃的重要性将更加提高。能够用于高速光开关和保持相位的光偏转的非线性光学功能。是当前受到非常广泛注意的新功能。玻璃材料中具有较大的非绂性光学功能的村料，所以在这一领域它也受到了注意。

对光选择透过和选择反射的玻璃，是在玻璃表面涂．严格控制的薄膜而制成的，可用作遮阳镜和滤色镜等。施以防反射处理的无反射玻璃，可用来提高激光光学系统的损伤临界值，也可用来使被玻璃板

保护的画面更加清晰。

元件微型化是非常必要的，为使光磁盘在保持小尺寸的条件下增大记忆容量，必需使基板绝对平滑，显示用基板也是如此。因此，将来有可能出现可作为超平滑基板的新型玻璃。

3.２电磁功能玻璃

硫属玻璃为光存储玻璃，由于它有光导特性，所以可用作将光变为电信号再变为光的电视机摄像管的元件。为此可采用As—Se—Te 系统的玻璃蒸汽镀膜。由银离子或锂离子担任导电的离子导电玻璃在25℃时显示出高达10-2—10-3 s.cm-1的离子导电率。所以称为快离子导电玻璃，它已成为固体电池的组成材料，快离子导电玻璃有AgI—Ag2O—P2O5系统玻璃。在具有电磁功能的新型玻璃中还有能使电信号改变为弹性波，并在玻璃中传播时使信号延迟数十微秒后再生，从而使电视或摄像机的画而清晰化的延迟玻璃。还有剥用施加电压后蓿色，改变电压方向后又退色的WO3镀膜的电玫变色玻璃。这种玻璃可用于显示器件。

3.3热功能玻璃

膨胀系数为5×10-7以下，耐骤冷骤热而不炸裂的TiO2—SiO2系统低膨胀耐热玻璃，可以说就是热功能新型玻璃。与此相反的，是300—400℃软化，可以用于玻璃与金属或电子材料部件的包封和焊接的含铅低熔点玻璃。

3.４机械功能玻璃

玻璃虽是脆而易碎的材料，但也可以通过选择组成、复合化或结晶化，制成在机械方面具有优异特性的新型玻璃。将氯引入玻璃中制成氮氧化物玻璃，则成为具有高弹性系数且坚硬的玻璃。此外，通过将玻璃或微晶玻璃与耐热陶瓷纤维制成复合体，即可成为在数百度到1200℃的高温下的抗弯强度和破坏韧性都很高的材料。因为玻璃和陶瓷都是脆性材料，所以都难加工。但通过将含氟金云母组成的玻璃徽晶化后，用普通的钢锯即能切割，成为可进行机械加工的云母微晶玻璃。

3.５化学功能玻璃

具有度化学功能的SiO2系多孔玻璃，可以利用硼硅酸盐玻璃的分相方法或溶胶～凝胶法制造。这些多孔玻璃可用于在800℃高温，在10大气压的高压下的化学反应生成物的分离，也可用于常温下废水的净化。由于这种玻璃为无机物，故可耐高温。又因它机械性能方面也稳定不易变形，故可用于不宜使用有机薄膜的地方。它还能用作在其徽孔表面承载酶或催化剂的载体。玻璃具有溶解各种成分并使之固化的能力，所目前正在探讨利用这种特点制作具有固化高放射性废弃物的化学功能玻璃。

3.６生物功能玻璃

新型玻璃在生物材料方面也是出色的材料。它对生物体具有亲和

性，无害于生物组织，故生物体功能新型玻璃可用作＾工骨和人工牙齿。这些玻璃是含CaO和P2O5系微晶玻璃。例如可预期MgO一CaO —SiO2一P2O5系微晶玻璃将成为能与骨髂直接牢固结合的高强度材料。

４结束语

自从20—30年前发现了与过去的传统玻璃形象不同的各种功能特性以来，在玻璃领域作为支持和发展从电子学以致生物学各领域的尖端技术材料。已经开发了以光导纤维、激光玻璃为首的许多新型玻璃，直到今天仍在继续开发着。值此当以电子为主角的电子学时代经过光电子学过渡到以光为主角的光学时代之时，可期望有着出色功能的新型玻璃将会成为愈来愈多重要的材料。1960立新型玻璃协会时，还没有发现高温超导体，还没有有组织地研究非线性光学材料。其后由于利用溶胶一凝胶法进行高温超导体的制造，高温超导体组成的玻璃的发现，开始有组织地研究非线性光学材料，逐渐增加了全新的新型玻璃。今后继续制造新型玻璃将是露要的。