玻璃的发展历史及未来应用展望

一、玻璃的发展历程

1.1 世界玻璃起源

根据相关文史记载，向上溯源至公元前 3000 年到公元前 2000 年左右，埃及或美索不达米亚人就已经出现了较为成熟的玻璃制造技术了。同时又有传说记载 3000 多年前，腓尼基商人发现在火焰的作用下，一种名为"天然苏打"（一说硝石）的矿物与沙滩上的石英砂发生化学反应产生的晶体，这就是最早的玻璃。腓尼基人自然没有放过潜在的商业机遇，他们利用这一化学反应生产了大量的粗制砂石苏打烧制融合的玻璃珠并四处售卖，在获取大量利益的同时促进了玻璃在世界上的第一次流行，使众多与腓尼基人有贸易往来的国家第一次接触到了美丽的玻璃。

腓尼基人的费昂丝和费列特两种玻璃被认为是玻璃器的先驱。早期玻璃的发展经过了四个主要的发展时期：古代文明时代（公元前 3500 年到公元前 1000 年左右）、古典文明时代（公元前 100 年到公元 500 年左右）、 中世纪文明时代（公元 500 年到公元 1500 年左右）和文艺复兴及 17~19 世纪时代（公元 1500 年到公元 1890 年），之后便逐渐形成了当今社会的状况，特种玻璃、艺术玻璃、装饰玻璃和建筑玻璃当道的局面。

1.2 中国玻璃起源

中国玻璃出现的时间总体上要晚于世界玻璃出现的时间。

中国古代先民约在商代晚期研究出了原始瓷器，而这个时间在美索不达米亚人采用卷芯法制造玻璃之后的 2000 年左右。根据目前研究发现，我国境内最早的玻璃出现于新疆地区。关于玻璃是否是我国自创的问题，最为普遍的观点是我国玻璃最早进口于西亚，是作为一种奢侈品出现于我国境内。而我国自制玻璃应当出现于战国晚期，该论断源于出土于我国湖南、湖北等战国晚期墓葬中的玻璃器。

在中国古代，玻璃又被称作琉璃。汉代时期，由于西亚文明大量玻璃器的输入，我国自制的玻璃器数量一度减少或融入异域元素，这一文化共荣情况在隋唐时期得到改善，期间诞生了许多中国传统样式的精美的吹制玻璃。而宋代时期，大量玻璃器皿从阿拉伯国家输入中国，充满异域风情的玻璃器皿又在祖国大地上遍地开花，形成中西文化交融的盛景。值得一提的是，虽然大量异域玻璃器皿传入中国，但中国古代玻璃器和国际玻璃器依然存在显著的区别。除样式不同之外，中国古代玻璃器更大的不同在于玻璃的成分。当时西亚文明的玻璃主要成分为钠钙硅酸盐类物质，而我国则采用氧化钾（从草木灰中提取）作为熔剂，这导致我国古代玻璃与西方玻璃在材质上的显著区别。

二、玻璃的应用

2.1 玻璃在历史上的应用

玻璃最早被应用于日常生活用品，如玻璃杯、玻璃瓶、玻璃盘等。美索不达米亚人采用卷芯法制作玻璃的方法是制作土质卷芯，随后在卷芯外层缠绕上熔融粘稠的玻璃丝带，经过表面处理后得到玻璃器。而通过这种方式制作的玻璃器往往呈现瓶状，被用作盛水或食物的容器。

最早的玻璃被人们认为成仅有绿色一种，这种单一的色泽限制了玻璃的应用方向。直到后来人们才发现玻璃之所以呈现出绿色的色泽是因为制作玻璃的原料中含有少量的铁，而二价铁的化合物使得玻璃显绿色。在加入二氧化锰以后，原来的二价铁变成三价铁显黄色，而四价锰被还原成三价锰呈紫色 [1]。这种特殊而美丽的颜色变化使人们对玻璃的应用更上一层楼 -- 各类彩色玻璃制品横空出世。尤其是意大利人掌握了先进的玻璃板制造技术后，彩色玻璃被广泛应用到教堂的装饰玻璃中，在哥特式风格的教堂建筑中尤为显著。哥特式教堂往往呈现出尖而高、好似向上飞腾的建筑结构，这使得高大的落地窗成为了彩色玻璃的舞台。阳光透过五彩的窗格照进神圣的教堂，使教堂的气氛更加庄严、神圣。

在这之后，玻璃又被广泛的应用到建筑行业。1833 年，世界上第一座完全以铁架和玻璃建成的建筑物 -- 巴黎植物园温室（Jardin des Plantes）问世了。有别于石质建筑的厚重感，玻璃建筑能够带来清亮、纯洁的感受，一时间得到人们的推崇。更鲜明的例子是 1851 年帕克斯顿主持建造的伦敦世界博览会会场（又称"水晶宫"），这座会场简直可以被称作玻璃的圣殿。

而在中国，玻璃则广泛应用于装饰、建筑行业。大量出土文物如发簪、发钗甚至项链、手环等使用到了彩色琉璃珠，也就是玻璃的雅称。在中国古代富家建筑的屋顶上也随处可见色彩亮丽光鲜雅致的琉璃瓦。到了清代，随着西洋文化的传入，玻璃制品也有了创新性的发展，如玻璃鼻烟壶等新式物品的出现。

2.2 现代玻璃应用

进入现代，玻璃的应用更加广泛。现代玻璃可以简单分类为平板玻璃和特种玻璃。平板玻璃主要分为三种: 即引上法平板玻璃 (分有槽 / 无槽两种) 、平拉法平板玻璃和浮法玻璃。这几种玻璃在建筑装修行业、汽车工业、艺术行业甚至军队都有其用武之地。根据成分的不同，玻璃可分为石英玻璃、高硅氧玻璃、铅硅酸盐玻璃、钠钙玻璃、铝硅酸盐玻璃、硼硅酸盐玻璃、钾玻璃等。各种玻璃各有用途，如钠钙玻璃可以用于平板玻璃、玻璃器皿和灯泡的制造；铅硅酸盐玻璃则因为高金属浸润性而被用作真空管芯柱等，也因为含铅能够阻挡放射性物质的缘故被用来阻挡射线；硼硅酸盐玻璃因为高强度、耐腐蚀的特性被用作化学实验仪器玻璃的首选。

三、玻璃的未来

3.1 艺术玻璃与装饰玻璃的未来展望

当代玻璃应用的一大领域是艺术玻璃和装饰玻璃。玻璃已经摆脱早期追求实用的桎梏，开始往精美化发展。在玻璃工作室如雨后春笋般大量涌出后，越来越多精美的玻璃制品开始涌现，有玻璃烛台、玻璃摆件、玻璃塑像甚至大型彩色玻璃雕像。艺术玻璃所涉及的物品大到汽车、建筑、庭院雕塑，小到钟表表盘、镜框、手机。玻璃还可作为水钻来代替昂贵的钻石，现今见到的小饰品上的"钻石"，实则大部分为玻璃制成的各色水钻。

对艺术玻璃未来发展的展望，我个人建议以下几点：

1、艺术玻璃与装饰玻璃要重视灵感与创意，坚持独一无二的创作设计，带给人们一场视觉盛宴。

2、优化艺术玻璃的原料结构，降低成本以扩大艺术玻璃的产量。

3、制定行业标准，使艺术玻璃得到更规范的设计与生产，避免原料污染等现象发生。

4、在艺术玻璃与装饰玻璃的生产制造流程中融入高新技术，使玻璃制造技术走上一个新台阶，更好的促进产业发展。

艺术玻璃和装饰玻璃的多功能化与复合化是适应时代潮流的要求，如将太阳能电池与彩色玻璃幕墙相结合制备的装饰玻璃既可利用太阳能又可作非承重墙，还可起装饰作用，一举两得。

3.2 特种玻璃

特种玻璃广泛应用于仪表、军事、医疗、电子、化学、建筑等领域，各有特点。如钢化玻璃（强度系数大、不容易破裂，即使破裂也不会形成尖锐颗粒伤害到人体）、压花玻璃（不透明，常应用于需要不透光处理的场所，如厕所）、夹丝玻璃（常用于建筑行业，受撞击时不容易破裂）、中空玻璃（隔音效果好）、防弹玻璃（高强度的玻璃，能低挡子弹、保障安全）等等。

此外，参入不同化学物质形成的各种新型玻璃也有着广泛的应用前景。包括前文所提到的高硅氧玻璃、铅硅酸盐玻璃、钠钙玻璃、铝硅酸盐玻璃、硼硅酸盐玻璃、钾玻璃等，如今备受瞩目的新型玻璃还有铁基金属玻璃。铁基金属玻璃是一种以金属材料为主的非晶材料，不存在面、位、点等晶体缺陷。其具有高弹性、高强度、耐腐蚀、抗撞击、耐冷热等优越性能，在油气开发领域有着广阔的应用前景。

作者：时光

APC 编辑部科普组

本文来自微信公众号：APC 科学联盟 （ID：apcscience），作者：APC 君