一年营收上百亿，却坚持只做一块玻璃。
年，讲述中国著名企业福耀玻璃在美国建厂故事的纪录片《美国工厂》刷屏，并获得年第92届奥斯卡金像奖最佳纪录长片奖。福耀玻璃坚持只做汽车玻璃，并坚持科技研发。极致专注+科技进步，成就了福耀在全球汽车玻璃行业的绝对地位。
图丨《美国工厂》纪录片海报，来源：《美国工厂》纪录片
玻璃，可以说是这个世界上最奇妙的东西之一。
公元前多年前，古埃及就掌握了玻璃制造工艺，后来传入欧洲。中国玻璃制造史则可以追溯到西周时期，集大成于清朝。在故宫博物院，有多件古代玻璃制品传世。
无论是装饰品、门窗、玩具，还是手机、电脑等电子器件，甚至是国防军工，航天航空，都离不开玻璃的身影。
彩色玻璃窗（stainedglasswindows）
欧洲大教堂工匠利用氯化金以及其他各种金属氧化物和氯化物制作彩色玻璃窗，充满活力。
新时代，新需求
当今时代，科学突飞猛进，技术日新月异。进入21世纪，玻璃也不仅仅是一块玻璃那么简单。
自修复玻璃
想象一下，新买的iPhone12，刚刚到手就被熊孩子摔坏了手机屏，是一种什么体验？为了让熊孩子少挨打，科学家也没少费心。东京大学TakuzoAida团队意外发现了一种让玻璃自修复的新型材料poly[thioureas]andethyleneglycol。基于该材料制成的玻璃，在碎裂后徒手按住断面几十秒，玻璃形状就能完好如初，几个小时以后强度甚至也会恢复原状。
图丨自修复玻璃，来源：Nature
石墨烯玻璃
作为电子器件重要元件，玻璃不可谓不重要。赋予玻璃更多的性能，显得至关重要。北京大学刘忠范院士团队长期致力于石墨烯玻璃的研发，利用直接化学气相沉积方法在玻璃衬底上生长石墨烯，赋予普通玻璃所不具备的导电、导热、自清洁以及生物相容等特性，催生了透明加热元器件以及电控智能滤光片等实际器件应用，为高性能光电子器件带来了更多可能。
MOF玻璃
MOF材料是一种金属有机复合的框架晶态材料，无机节点通过有机分子相互连接以形成三维网络，可以实现几乎无限多种可能的结构。将MOF衍生的玻璃与经典的无机玻璃材料结合使用，形成化学键而不是简单地相互混合，可以实现1+12的效果。这种复合玻璃可以显著改善材料的机械性能，并真正获得新的性能，例如让传统玻璃获得电导率或机械电阻。剑桥大学ThomasD.Bennett教授团队在功能性MOF玻璃的合成上，建树颇多。
图丨MOF玻璃，来源：JensMeyer/UniJena
仿生玻璃
玻璃材料的独特光、电、力、热以及化学性能使得其在社会生活中应用广泛。然而，玻璃固有的脆性决定了其特别不适合承重使用，否则结构失效会产生极其严重的灾难性后果。加拿大McGillUniversity的F.Barthelat团队受贝壳珍珠层启发，提出了一种更加抗冲击的仿生夹层玻璃复合材料，有力的证明了珍珠质玻璃具有增强的延展性，并可极大地减少冲击相关的故障。与普通的夹层玻璃相比，珍珠质玻璃的能耗是普通夹层玻璃的2.5至4倍，普通硼硅酸盐玻璃的15至24倍。
图丨珍珠复合仿生玻璃，来源：Science
智能玻璃
智能窗户可以使大型楼宇室内能源利用效率达到最佳，为全球能源和环保领域做出重要贡献。热致变色节能窗，可以响应环境温度自动调节太阳光的透过或反射，无需外接电源，是最有前景的技术之一。
基于太阳能电池的智能窗户，则不仅可以实现窗户透明度的自动变化，还可以同时起到能源转化和储存的作用，是更新形式的一种智能窗户。加州大学伯克利分校杨培东教授课题组基于纯无机钙钛矿，构建了一种高稳定性的热致变色太阳能电池窗户。这种材料可在℃切换成深色的钙钛矿相（高温相），透明度约35.4%；在室温条件下，当遇到水汽时，材料就会自动切换到透明的非钙钛矿相（低温相），透明度约81.7%。
图丨智能玻璃
回归初心
即便是已经有着多年历史，玻璃研究领域也有许多不为人知的秘密等待我们去探索，也有许多关键技术被卡脖子。
每一滴水，都有其源头。
想要在玻璃科技领域拔得头筹，不受人制约，还是要回归初心，从玻璃制造技术的本征机理开始着手。一片玻璃，一个老掉牙的课题，依然存在许多未解之谜，焕发着新的活力。
譬如，长期以来，科学家都在探索是否存在“理想玻璃”，亦即玻璃体系中是否存在唯一的能量最低状态？这对于非晶态药物、OLED等技术的发展，起到至关重要的作用。年7月6日，加拿大滑铁卢大学的JamesA.Forrest教授课题组采用小规模PVD工艺制造了一种超稳聚合物剥玻璃，在实验室实现了可能需要上百万年内的时间才能实现“理想玻璃”的状态，进一步厘清了玻璃形成机理，有望应用于有机电子、光学技术以及轻质阻隔材料等各种苛刻条件的应用场景中。
最近，为了研究玻璃化转变的微观动力学的细节过程，来自韩国蔚山基础科学研究所SteveGranick院士、LiBo、法国蒙彼利埃大学WalterKob等人首次观察到玻璃化转变的起点和“笼”结构的形成，实现了玻璃化转变过程研究的突破。
玻璃是怎样形成的？
尽管在人类发展的历史中随处可见玻璃的身影，我们每日的生活也离不开这种物质，每一天的每分每秒都有无数的玻璃化转变在发生，但是时至今日，人们仍旧对宏观动力学中液体转变为玻璃时的动态过程所知甚少。
通常认为物质发生玻璃化转变而变硬，是一个“笼形成”的过程。当温度达到玻璃化转变温度时，组成玻璃物质的每个单个粒子，其运动都越来越被来自相邻粒子所限制，如同形成了”牢笼“一般，导致了物质变硬。然而这个“笼子”如何形成，其形成过程中有何种动力学细节，其中粒子如何扩散，仍然是未解之谜。
以一种二维胶体悬浮液（一种可形成玻璃的液体）为研究对象，研究人员考察了玻璃化转变过程，解释了其在粒子水平上的“笼”结构形成的动态过程。通过使用聚焦激光束在分子水平上扰动该悬浮液，同时在视频显微镜上监测该过程的非线性动态响应。当形成玻璃的液体被冷却时，其组成体系的粘度不断增加，直至丧失流动性而转变为固态。这个液态-固态的转变过程即称为玻璃化转变。
作者首先将聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的胶体体系限制在两块玻璃板之间（距离限制为3.37μm），同时为了使该体系成为不易结晶的玻璃形成液，控制胶体中的小颗粒与大颗粒的浓度之比为0.55：0.45，粒径比为2.08μm:2.91μm。而后使用持续时间0.5秒的脉冲激光束(重复频率80MHz)，光斑大小2.0μm（相当于单个胶体粒子的大小），照射该胶体体系，以产生胶体分子的局部扰动。结果，受影响的粒子会与相邻的粒子碰撞，形成局部运动（图1a）。
作者使用视频显微镜监测了粒子局部运动的过程。激光脉冲5s内粒子的位移情况如图1b-d所示，此时激发已经停止。以面积充填率的函数（粒子密度）来评价液体的运动行为。可以看到，在低粒子密度（=0.5）时，只有少数粒子移动，而大多数粒子在激发后回到初始位置。而当增加到0.60时，移动的粒子数大幅增加，但是当进一步增大时，移动的粒子数再次下降（=0.79）。这些结果表明“笼”的形成是一个非局部的过程，这个过程会影响到被激发的局部分子以外的粒子。
进一步地，作者针对每个值下，局部扰动范围内的粒子位移进行分析。将微扰效应量化为可移动粒子的数目N和平均位移L分析得到，这两个观测值随的变化具有非单调性，这是非常引人注目的现象，因为一般来说样品平均量如粘度或松弛时间都会随着的变化单调增加。
图1
胶体系统和对局部扰动的响应
为了更详细地描述这种现象，作者计算了Nmax、径向分量的最大位移dr、最大回转半径Rg与的关系（图2）。结果表明，Nmax是的非单调函数，在=0.60附近达到峰值。需要注意的是，当初始=0.60时，max变得不可辨别，这提供了强有力的证据，表明该响应的非单调行为发生在玻璃化转变过程的起始，即笼子形成的点。同时在这个下，移动的粒子大多数以径向运动的形式在移动（图2c），这说明粒子动力学经历了一个从具有明显径向运动的粘性响应到具有复杂局部粒子重排的类固体响应的转变。
图2
不同粒子密度下各参数的变化情况
为了了解粒子的动力学的协作性质，作者展示了不同时间下，局部扰动激发粒子的照片（图3e-f）。图中具有相似位移的粒子(即用相同的颜色表示)形成簇，表明粒子在空间中的运动是协作的、不均匀的。在这个过程中，粒子通过协同运动锁住周围粒子，使得局部范围内的分子运动被限制，这种限制在分子密度增加的情况下变得更为严重，使得这些局部区域变得越来越刚性，进而导致玻璃化。
图3
不同粒子密度下粒子的位移
将宏观尺度的玻璃行为与微观尺度的实验联系起来是很重要的，因为这样做可以让我们理解液体与玻璃相区别的原因以及玻璃为什么是固态的。这项研究，为我们跟更好地理解玻璃是怎样形成的，怎样更好地提高玻璃的性能，提供了新的认知。
结语
正如之前所说的，人们总是喜欢新的事物；喜新厌旧，似乎是大多数人的天性。然而，旧的东西不一定总是不好的，至少对于科研来说，是这样。
一个研究，是冷门，还是热门，并不重要。
重要的是，在漫漫的科研长河中，有过一滴浪花，曾经被你激起。
人生过处莫存悔。
极致专注，或许是我们最应该坚守的东西！#木木西里#
内容来源：纳米人
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