玻璃粘度计算揭穿中世纪窗户流动的神话(2017)

像许多其他学生一样，我记得在我的早期教育中被教导，玻璃-因为这种材料处于液体和玻璃状态之间的某个地方-实际上是在流动，只是速度非常慢。我的老师解释说，旧窗户的底部明显比顶部厚。

我记得当我还是个孩子的时候，我对这个事实感到惊讶--看似物理上是固体的东西，实际上怎么会更像液体呢？对于一个好奇的人来说，这是一个重要的早期教训，因为有些事情并不总是看起来的那样。

玻璃科学家，包括ACES的同事埃德加·扎诺托，之前已经打破了流动的玻璃窗的传说。

但是最近的进步使得康宁大学的玻璃科学家们可以通过计算中世纪窗户上的玻璃流率来进一步研究这一都市传说。

研究小组将玻璃化转变理论和实验表征技术结合起来，科学家们报告说，这两种技术有着惊人的一致。他们的结果表明，在低温下直接测量玻璃粘度是有史以来最高的。

科学家们--包括ACES成员Ozgur Gulbiten和现就职于宾夕法尼亚州立大学的John Mauro--使用了公元1268年威斯敏斯特教堂的中世纪玻璃窗作为他们计算的基础。

他们的测量显示，中世纪玻璃在室温下的粘度比预期的要低得多-比之前基于钠钙硅酸盐玻璃的估计低16个数量级。

然而，尽管数值很低，玻璃的粘度仍然“太高，无法在人类时间尺度上观察到可测量的粘性流动”，作者在一篇发表在“美国陶瓷学会杂志”上的论文中描述了他们的发现。

该研究小组的计算表明，中世纪的玻璃在10亿年的过程中最大流量只有~1纳米。

这每年只有0.000000001纳米--虽然理论上可以测量，但实际上是不可能实现的。

“这一结果证实了关于玻璃在室温下流动的长期神话仍然是一个神话，”作者在论文中总结道。

然而，虽然结果是基于对威斯敏斯特大教堂那些特定窗户的计算和实验，但结果超出了这些例子。

毛罗在一封电子邮件中解释说：“流速是特定于特殊的粘度曲线的，这是中世纪大教堂玻璃成分的典型特征。”与现代窗玻璃相比，这些成分通常含有较高的K2O和MgO浓度，较低的SiO2和Na2O浓度。但是，“玻璃的成分必须有相当大的改变，才能得到质的不同的结果。”

换句话说，虽然不同的玻璃成分会有不同的流速，但流速仍然太慢，无法解释任何可测量的变化。因此，我的老师和其他许多人说那些旧玻璃窗正在慢慢渗入地面，这显然是错误的。

然而，我的老师没有错，许多旧玻璃窗的底部实际上明显更厚-但这种差异可以追溯到制造上的不一致。

中世纪的窗户通常是用冠工艺制造的，在这个过程中，玻璃被吹成一个空心的球体，压平，然后旋转成一个扁平的圆盘。玻璃窗是从中心较厚、边缘较薄的非均匀圆盘上切割而成的。

毛罗解释说：“考虑到玻璃的不均匀性，在底部调整玻璃的较厚部分是很自然的，因为这会让人看起来更稳定。”

除了彻底揭穿流动玻璃窗的神话之外，JACerS的新论文还代表了研究玻璃低温动力学的现有方法的重要进展，特别是与商业相关的玻璃，如用于平板显示器的玻璃和类似大猩猩玻璃的化学强化盖子玻璃。

毛罗说：“这项工作在低温粘度的理论和实验表征方面都取得了重大进展，这对现代工业玻璃也非常有价值。”

这篇发表在“美国陶瓷学会杂志”上的论文名为“中世纪大教堂玻璃的粘性流动”(doi：10.1111/jace.15092)。