新型玻璃薄膜材料设计_制备技术进展

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1、文章编号：新型玻璃薄膜材料设计、制备技术进展刘世民*（燕山大学材料科学与工程学院，河北秦皇岛066004）摘要：随着汽车、航空、电子和太阳能行业的快速发展，对平板玻璃材料功能性的要求日益增加，增加平板玻璃功能性主要采用在玻璃基体表面附加薄膜的方法。因此，在与玻璃相关的薄膜材料设计、制备技术方面，在国际范围内形成了新一轮热潮。而伴随着量子力学、固体物理等学科在理论上不断完善，以及计算机技术的飞速发展，形成了具有新功能、高性能的玻璃薄膜材料研究和开发的技术手段，即可以按照所需要的宏观性能，从原子、分子层次设计

2、出满足要求的材料设计方法。本文结合典型功能薄膜材料宏观性能与微观结构对应关系的研究，介绍了相关玻璃薄膜材料设计的一般过程，并就新型玻璃功能薄膜材料的设计、制备技术现状对玻璃功能薄膜材料的发展趋势作出预测。关键词：玻璃；功能薄膜；材料设计；制备技术；进展中图分类号：文献标识码：：璃、仪器玻璃、电器玻璃、封接玻璃、电子玻璃、光学玻璃、工艺玻璃、搪瓷、玻璃纤维等类别，主要体现为不同的传统应用领域特征。按照现代功能材料的分类，可以将功能玻璃材料划分为光、电、磁、热、机械、化学和生物等类别，每种类别下面还会有更细致

3、的区分，形成不同系列的功能材料。表1和表2分别是传统玻璃的分类及新型功能玻璃的分类[1]，从中已可看出玻璃作为功能材料的应用和发展特征。0引言玻璃材料经历了几千年的历史发展变迁，其功能不断更新、增强，应用范围逐步扩展，生产工艺不断进步，从天然形成到手工制造再到目前的大规模工业化生产。目前，世界上大约90%的平板玻璃都是使用20世纪50年代末皮尔金顿玻璃公司（Pil-kington）的皮尔金顿发明的浮法玻璃工艺制成，部分超薄玻璃，由美国康宁玻璃公司用溢流技术生产。在功能上，除了最初的具有装饰效果外，玻璃主要

4、是作为隔离器和容器使用。而目前，玻璃已成为人们日常生活、生产和科学技术领域的重要材料。纵观玻璃材料的历史，玻璃作为一种传统材料，其功能多样化是历史发展的必然趋势。近百年来，随着平板玻璃的大规模自动化生产，尤其是浮法玻璃工艺的发展，传统玻璃制品的功能化的趋势已经使玻璃从单一透光性材料，转变为满足安全、节能、环保、装饰等多项功能要求的先进材料。表1传统玻璃制品的分类Tab.1Classificationoftraditionalglassproducts种类用途建筑玻璃容器玻璃仪器玻璃各种窗玻璃、汽车玻璃、装

5、饰用微晶玻璃玻璃瓶罐实验室用烧杯、烧瓶、温度计玻璃、化工管道、玻璃电极灯具低膨胀玻璃、低熔点玻璃、结晶与非晶性焊接玻璃显像管等200种以上组成的各种光学镜头玻璃晶质玻璃、着色玻璃日用品及化工制药用长纤维（纤维布）、短纤维（纤维毡）等交通标志用灯具等电器玻璃封接玻璃电子玻璃光学玻璃工艺玻璃搪瓷玻璃纤维其他1新型玻璃薄膜材料的特点与应用要求传统的玻璃制品可以分成建筑玻璃、容器玻收稿日期：2012-10-12作者简介：*刘世民（1960-），男，吉林长春人，博士，教授，博士生导师，主要研究方向为多极功能材料设计

6、、制备与表征，浮法玻璃共性关键技术，Email：lsm@ysu.edu.cn。472燕山大学学报2012璃，即与传统玻璃相比具有不同性质、功能和用途，或采用与传统玻璃不同的成分、原料和制备工艺而得到的玻璃材料及制品的要求越来越高，尤其是在信息技术、生命科学、新能源与再生能源、新材料、海洋科学、环境保护方面表现得尤为突出。各种统计数据和市场预测也表明，对于新型玻璃功能材料的开发和推广成为玻璃行业主要发展趋势之一。实际上人们早已利用玻璃材料的各种功能（声、光、电、热、磁、机械）来制成各种器件和制品。随着电子学

7、、光电子学、光机电一体化、通信技术、能源技术、航天航空技术、生物技术、生命科学等学科的迅速发展，对玻璃材料的性能提出了更高的要求。新功能和高性能玻璃材料的研究和开发，对推动材料的发展和社会科学的进步越来越重要。在21世纪科技高速发展的今天，对新型玻表2功能玻璃的分类ClassificationofthefunctionalglassTab.2功能实例或应用光传输激光的激振光存储光致变色声光效应法拉第旋光非线性玻璃聚光、镜头玻璃光波长选择性投射或反射超平滑的基板光纤（光通信、能量传输）激光核聚变光盘存储薄膜

8、调节光透过率的光致变色玻璃光开关光偏转光开关及维持相位的偏转折射率分布镜头隔热玻璃、反射或防反射玻璃光盘基板光功能光传输离子导电延迟声波光电性电视摄像管元件固体电池延迟线玻璃PDP等显示器电磁功能耐热耐热震低膨胀低熔点封接耐热材料防火隔离材料光掩膜基板封装、焊接热功能高弹性模量高韧性机械加工增强用纤维（氧氮玻璃）结构材料可机械加工的绝缘材料机械功能化学分离及酵母菌载体熔融固化耐碱性微孔玻璃放射性废弃物的固化混凝土增强缓释材料化