青少年科技素養(yǎng)提升計(jì)劃探索玻璃的“魔法世界”

“小透明”有大用途！2024年3月22日14：00，由中國下一代教育基金會與中國平安共同主辦、科技日報(bào)社媒體支持的青少年科技素養(yǎng)提升計(jì)劃“科技燃夢?科技型企業(yè)開放日”主題直播課，走進(jìn)中國建筑材料科學(xué)研究總院有限公司（以下簡稱“中國建材總院”），揭秘了玻璃這一應(yīng)用廣泛的材料是如何成就上天入地的大國重器的。來自全國27個(gè)省、市（自治區(qū)、直轄市）的上千所項(xiàng)目鄉(xiāng)村小學(xué)的師生們與廣大網(wǎng)友共同觀看了此次直播課，全網(wǎng)觀看量超403.8人次。

（甘肅、貴州、云南各地鄉(xiāng)村小學(xué)項(xiàng)目校學(xué)生觀看直播課程）

揭秘“龍蝦眼”鏡片，了解光纖傳像材料大家族

2020年7月，“龍蝦眼X射線探測衛(wèi)星”成功發(fā)射，成為國際上首個(gè)應(yīng)用龍蝦眼X射線聚焦技術(shù)的在軌探測器。直播課中，研發(fā)工程師焦朋向同學(xué)們介紹了“龍蝦眼”鏡片的設(shè)計(jì)靈感就是來自大家吃的美味的小龍蝦的眼睛，并通過一組趣味的實(shí)驗(yàn)演示，讓同學(xué)們了解到“龍蝦眼”鏡片的工作原理。據(jù)介紹，“龍蝦眼”鏡片通過微型管道多次反射X射線，實(shí)現(xiàn)了小尺寸大視角的探測，提高了角分辨率和探測效率，這能精確判斷高能粒子射線的來源位置，對太陽活動(dòng)、天體運(yùn)行、暗物質(zhì)和黑洞探測有著重要意義。同學(xué)們通過焦朋的講述還了解到，盡管“龍蝦眼”鏡片設(shè)計(jì)始于1979年，但制造過程中卻遇到了諸多挑戰(zhàn)，如材料設(shè)計(jì)、光纖排列、熱彎工藝等，特別是龍蝦眼結(jié)構(gòu)的微孔排列和成型，需要精確到頭發(fā)絲十分之一粗細(xì)的級別，對材料和工藝要求極為嚴(yán)格?？茖W(xué)家們最終經(jīng)過反復(fù)實(shí)驗(yàn)和工藝改進(jìn)，成功制備出了性能優(yōu)越的龍蝦眼結(jié)構(gòu)鏡片，并將其應(yīng)用到天文探測器中。

（焦朋老師向大家講解“龍蝦眼”鏡片的工作原理）

“龍蝦眼”鏡片還是光纖傳像材料大家族中的一員，本次直播課程中，焦朋老師還向同學(xué)們展示了這個(gè)家族中其它具備獨(dú)特技藝的成員：光纖光錐，像一個(gè)神奇的光學(xué)變形術(shù)士，能夠把圖像或文字放大或縮小，主要應(yīng)用領(lǐng)域是微光夜視成像和攝像；有趣的光纖倒像器，能將正面的圖像或文字倒轉(zhuǎn)180度，倒轉(zhuǎn)后的圖像十分清晰且不發(fā)生畸變；還有僅0.38毫米厚的微通道板，它通過具有特定角度的微孔陣列讓電子在通道內(nèi)壁不斷碰撞前進(jìn)，實(shí)現(xiàn)了電子倍增效應(yīng)。焦朋老師現(xiàn)場展示了士兵佩戴的夜視儀，讓同學(xué)們體驗(yàn)了即使在伸手不見五指的黑夜中，借助微光夜視儀也能看得很清楚。

石英革命：從0到N的創(chuàng)新之旅

石英玻璃，被譽(yù)為“玻璃之王”，因其獨(dú)特的性能和廣泛的應(yīng)用而備受重視。石英玻璃杯外觀與普通玻璃杯相似，如何進(jìn)行分辨呢？高級工程師符博在直播中教大家識別，經(jīng)過敲擊，相較于普通玻璃，石英玻璃的聲音更加綿長。據(jù)符博介紹，其中原因在于普通玻璃的主要成分是純度為70%左右的二氧化硅，而石英玻璃主要由高純度的二氧化硅制成，其純度可達(dá)到99.99%甚至更高。“就好比黃金，普通玻璃像是K金，石英玻璃則像是999足金，純度遠(yuǎn)超普通玻璃?！狈┱f，這種高純度和穩(wěn)定的分子結(jié)構(gòu)賦予了石英玻璃優(yōu)異的性能，如良好的紫外和紅外區(qū)域透過性能、出色的熱穩(wěn)定性、耐強(qiáng)酸性以及低熱膨脹系數(shù)等。石英玻璃不僅能適用于特殊光學(xué)設(shè)備，還能在極端溫度和化學(xué)環(huán)境下保持穩(wěn)定。這些特性使得石英玻璃在各個(gè)領(lǐng)域都能發(fā)揮重要作用，從大國重器到日常生活，它的身影無處不在。石英玻璃的神奇世界，讓同學(xué)們紛紛表示大開眼界！

（符博老師向大家講解石英玻璃的廣泛應(yīng)用）

符博老師還向同學(xué)們介紹了石英玻璃充滿了創(chuàng)新與挑戰(zhàn)的研發(fā)故事。自1957年起，中國建材總院不斷創(chuàng)新石英玻璃技術(shù)。1983年，在顧真安院士的帶領(lǐng)下成功研制出國產(chǎn)濾紫外石英玻璃，提前美國通用公司十年應(yīng)用于石英強(qiáng)光源。1993年，成功反駁美國GE公司在中國申請的發(fā)明專利，保護(hù)了國家石英玻璃生產(chǎn)權(quán)益。石英玻璃作為關(guān)鍵材料，未來將向更大尺寸、更高純度、更高精度和多功能化發(fā)展，縮小與國際差距。

“第一玻璃”背后的感人故事

中國建材總院被稱為“新中國建材科技的搖籃和發(fā)源地”，直播課中，政工師王源源帶大家一睹新中國“第一塊汽車防彈玻璃”的“真容”：“第一塊汽車防彈玻璃重量超過169公斤，厚度達(dá)到7.5厘米，相當(dāng)于現(xiàn)在普通汽車玻璃的十倍。毛澤東同志曾親自關(guān)心也曾親自乘坐裝有這塊防彈玻璃的紅旗轎車?！蓖踉丛凑f，在當(dāng)時(shí)的歷史條件下，沒有良好的制造玻璃方式，只能使用耐火材料組成一個(gè)大型坩堝，在大坩堝里進(jìn)行玻璃的熔制。當(dāng)時(shí)項(xiàng)目保密等級很高，沒有任何評獎(jiǎng)，甚至都不被列入單位科研項(xiàng)目、科研成果，但中國建材總院的科技工作者始終懷揣榮譽(yù)感、使命感，將祖國的利益永遠(yuǎn)放在第一位。

（王源源老師向大家展示新中國“第一塊汽車防彈玻璃”）

王源源老師還給大家講述了“第一根無堿玻璃纖維”“第一塊玻璃鋼板”等其他“第一玻璃”背后的感人故事。

錯(cuò)過了精彩直播不要緊，大家可登錄中國科技網(wǎng)、中國下一代教育基金會公眾號、青少年科技素養(yǎng)視頻號，回看精彩課程內(nèi)容！