玻璃简介与发展现状

1、 所谓自清洁玻璃自清洁玻璃 ,是指普通玻璃在经过特殊的物理化 学方法处理后 ,其表面产生独特的物理化学特性 ,从而使璃 不再通过传统的人工擦洗方法而在自然雨水的冲刷下达到清 洁一新的状态 。自清洁玻璃按亲水性分类可分为超亲水性 自 清洁玻璃和超疏水性自清洁玻璃 。 1 、超亲水性自清洁玻璃 具有超亲水性的自清洁玻璃从材质方面看来一般都是无 机材料组成的膜 ,如 : TiO2 、SnO2 等 。但目前已经 投入使用和 研究开发的自清洁玻璃的表面功能膜材料主 要是 TiO2 以及 TiO2 与其他金属 、金属氧化物或其 他元素掺杂的复合物 。 超亲水性自清洁玻璃的自清洁功能表现为两方面 : 一是

2、靠其表面对水的亲和性 ,使水的液滴在玻璃材料表面上的 接 触角趋于零 。当水接触到玻璃材料时 ,迅速在其表面 铺展 ,形成均匀的水膜 ,表现出超亲水的性质 ,通过均匀 水膜的重力下落带走污渍 ,通过该方式将可以去处大部分 有机或无机污渍 。 二是光催化分解有机物的能力 , TiO2 在紫外光或可见光 照射 下 ,当照射光子的能量大于或者等于其能带宽度的时 候 ,介带 中的电子被激发 ,越过价带进入导带 ,在导带和价 带上形成电 子 - 空穴对 ,电子 、空穴具有不同的活性 ,分 别与吸附在 TiO2 表面的有机物质发生氧化还原反应 ,生成 水和 CO2 ,从而达到 降解有机物的目的 。 目前工

3、业化生产的制备超亲水性自清洁玻璃的方法主要 包括 了化学气相沉积法 、溶胶2凝胶高温烧结法和磁控溅射法 , 下面对这三种方法分别进行介绍 : 1. 1 1. 1 化学气相沉积法化学气相沉积法 化学气相沉积法实质上是把含有构成薄膜元素的一种或 几种化合物的单质或气体供给基板 ,借助气相反应 ,在基 片表 面上反应生成薄膜的方法 。按反应方式 ,它分为两 种形式 : 一 种是热分解反应沉积 ,利用化合物受热分解 的性质 ,在基片表 面得到 TiO2 固态膜 。另一种是化 学反应沉积 ,通过两种或两 种以上气体物质在加热的基 片表面进行化学反应而沉积成 TiO2 固态膜 。 化学气相沉积法的优点有以

4、下两点 : 一是制备的膜纯度 高 ,致密性好 , 容易形成良好的结晶材料。在沉积反应 过程 中 ,通过改变或调整参加化学反应的组成 ,就能方 便地控制沉 积物的成分和特征 ,制得各种不同的功能的 薄膜和材料 。二 是一旦工艺控制参数确定 ,可以规模化 连续生产 ,工艺上易于控制 ,产品质量稳定 。但化学气 相沉积法也有个缺点 ,设备要 求高 ,成本高 ,导致生产 成本高 。 1. 2 溶胶-凝胶高温烧结法 溶胶2凝胶高温烧结法是目前已经产业化和自清洁效果 (尤其是光催化效果) 最为有效的自清洁玻璃生产的方法。 该 方法从溶液出发 ,经过溶液的溶胶化 、凝胶化后 , 在低温条件下制备出纳米薄膜

5、,然后对玻璃进行镀膜与钢 化得到自清洁玻璃 。一般采用溶胶-凝胶法制备纳米 TiO2 膜的顺序为 : 先由含钛化合物溶液制备 TiO2 溶胶 ,然后将溶胶涂布于玻璃表 面 ,在玻璃表面 TiO2 的溶胶经过自然挥发或热处理进行凝 胶 ,并在玻璃表面 固化成型 。一般溶胶-凝胶法得到的纳米 TiO2 都是锐钛 型 ,所以其光催化效率最高。而经过干燥或钢 化处理的 玻璃膜由于其中有机物的气化挥发使膜表面呈多孔状态 , 光催化效率更好 。 溶胶-凝胶烧结法作为一种自清洁玻璃的制备方法 ,其优 点是 :低温也可以得到自清洁玻璃 , 通过调整原料溶液 的组成 、PH值 、反应温度和干燥时间等因素可以容易

6、调 整材料的 微孔径大小及分布和结晶体在材料内的排列状 况 ,得到理想 的膜材料 。但是 ,溶胶-凝胶烧结法在规 模化生产中可能出现 涂布不均的情况 ,而且凝胶的制备 的热处理参数的控制对凝 胶的性质影响太大 。 1、3 磁控溅射法 磁控溅射法是薄膜物理气相沉积 ( PVD) 的一种方法 , 是 与化学气相沉积相联系又截然不同的一类薄膜沉积技 术。在环状磁场控制下的辉光放电条件下 ,利用气体放电 产生的正离子 ,在电场作用下加速成为高能粒子 ,撞击固 体膜层材料的 表面 ,进行能量和动量交换后 ,膜层材料 的原子或分子在轰击 下离开表面并沿着一定的方向溅射 向衬底 ,从而实现在衬底 上薄膜的沉

7、积 。 1999 年 ,董昊等采用直流磁控溅射方法制备 TiO2 玻 璃并研究了其光催化性能 。2003 年 , O kada 等以导 电玻璃 为衬底 ,用直流磁控溅射法 ,以金属 Ti 为靶电 极 ,在 O2( 13 % Ar) 的气氛中沉积了纯 TiO2 薄膜 , 最后用离子轰击表面得到N 掺杂的 TiO2 薄膜 。2004 年 , 德国 Zywitzki 等研究脉冲 磁控溅射法沉积制备纳 米 TiO2 晶体膜的结构与性能关系 ,发 现脉冲形式对 TiO2 结构有一定影响 。Torres 等利用直流 磁控溅射 , 通过控制 A r 、O2 、N2 比例制备 N 掺杂的 TiO2薄 膜 ,并

8、研究了它在水解液中的光催化活性 。国内专利方 面 ,使 用磁控溅射法制备 TiO2玻璃的有王浩、唐振方、 杨锡良等 。 磁控溅射是一种新型 、低温溅射镀膜方法 ,得到的膜层 纯 度高 ,膜厚可控 , 重复性好 , 而且膜层与基片的的 附着力强。 但是该方法还不适于大量生产 ,该法镀膜效 率低 ,而且膜厚达 不到要求的光催化效果 。 2 超疏水性自清洁玻璃 通常 ,有机自清洁玻璃都是超疏水的 ,利用超疏水技术使 得玻璃表面产生超疏水和超疏油的特殊表面 ,使处在玻璃 表 面的水无法吸附在玻璃表面而变为球状水珠滚走 ,亲 水性污 渍和亲油性污渍无法粘附于玻璃表面 ,从而保证 了玻璃的自 清洁 。疏水

9、自清洁玻璃大多模仿荷叶的自清 洁效果 , 在玻璃 表面镀一层疏水膜制备而成的 。这种 疏水膜可以是超疏水的 有机高分子氟化物 、硅化物和其 他高分子膜 ,也可以是具有一 定粗糙度的无机金属氧化 物膜 。 2001 年德国 Reih s 等用有机高分子材料制备出一种具 有光性能的持久性憎水自清洁镀膜玻璃 ,其亲水角大于 150,滚动角小于 10,并研究了表面膜结构对表面润湿 性 、光散射和化学老化等因素的影响 。专利方面 ,陆明 业等申请了疏水玻璃的专利 ,通过沉积膜技术在玻璃表面 镀纳米材料疏水膜 。 但是由于疏水玻璃的时效性差 ,无法保证玻璃产品作为 耐用消费品的长期使用寿命 ,从而无法保证

10、真正意义上的 自 清洁效果 ,目前该问题还有待解决 。 3 自清洁玻璃的应用领域及今后发展方向 自清洁玻璃的研发和制备对发展新的生态建筑材料和环 境协调型材料 ,保护环境和实现可持续发展具有重要意 义 ,这 类新型功能材料的使用面极广 ,具有广阔的发展 和应用前景 , 可广泛应用在与人们生活环境相关的玻璃 和玻璃制品上 。其 在紫外光照射下能够降解有机物 ,具 有杀菌的效果 ,可以用于 医院手术仪器 、厨房玻璃等 ; 其超亲水性使空气中的水蒸气不 会凝结在玻璃表面 ,可 以用于汽车挡风玻璃及后视镜 ,浴室镜 子 ,眼睛镜片 , 仪器仪表玻璃等 ; 其自清洁性能使其广泛用于 玻璃幕 墙 、门窗玻

11、璃 、天窗玻璃 、家电玻璃 、灯具灯罩玻璃 等 。 但是 ,目前自清洁玻璃的产业化受到了一些技术上的制 约 :其在可见光下的光催化效率太低 、TiO2 膜的大面 积制备技 术也不够成熟 ,此外 ,自清洁玻璃自清洁性能 的持久性还有待 提高 。许多研究机构也在对解决这些技 术问题进行研究 , 今 后的自清洁玻璃将会朝着更高光催 化效率 ,更稳定的自清洁 性能方向发展 。 同时 ,自清洁玻璃的应用领域还可以不断的拓宽 ,如空气 净化 、污水处理 、光催化反应器和太阳能电池组件等 。 一种较为透明的固体物质，在熔融时形成连续网络结构， 冷却过程中粘度逐渐增大并硬化而不结晶的硅酸盐类非金 属材料。普通

12、玻璃化学氧化物的组成 (Na2OCaO6SiO2),主要成份是二氧化硅。广泛应用于建 筑物，用来隔风透光，属于混合物。 玻璃 1、普通平板玻璃 2、中空玻璃 3、钢化玻璃 4、夹层玻璃 5、磨砂玻璃 6、防弹玻璃 7、喷砂玻璃 8、热弯玻璃 9、压花玻璃 10、玻璃纸 11、夹丝玻璃 12、玻璃砖 普通平板玻璃亦称窗玻璃。平板玻璃具有透光、隔热、隔声、 耐磨、耐气候变化的性能，有的还有保温、吸热、防辐射 等特征。 应用应用：镶嵌建筑物的门窗、室内屏风、 画框表面、墙面、 室内装饰、室内大面积隔断、栏杆等装修项目等。 好的平板玻璃制品应具有以下特点：好的平板玻璃制品应具有以下特点： 1）是无色透

13、明的或稍带淡绿色 2）玻璃的薄厚应均匀，尺寸应规范 3）没有或少有气泡、结石和波筋、划痕等疵点。 用户在选购玻璃时，可以先把两块玻璃平放在一起，使相互 吻合，揭开来时，若使很大的力气，则说明玻璃很平整 。 钢化玻璃属于安全玻璃。钢化玻璃其实是一种预应力玻璃, 为提高玻璃的强度 ，通常使用化学或物理的方法，在玻 璃表面形成压应力，玻璃承受外力时首先抵消表层应力， 从而提高了承载能力，增强玻璃自身抗风压性，寒暑性， 冲击性等。 应用应用：应用于高层建筑门窗、玻璃幕墙、室内隔断玻璃、 采光顶棚、观光电梯通道、家具、玻璃护栏等。 特点：特点： 1）安全性安全性。当玻璃被外力破坏时，碎片成类似蜂窝状的碎

14、小 钝角颗粒，减少对人体的伤害。 2）高强度高强度。同等厚度的钢化玻璃抗冲击强度是普通玻璃的3 5倍，抗弯强度是普通玻璃的35倍。 3)热稳定性热稳定性。钢化玻璃具有良好的热稳定性，能承受的温差是 普通玻璃的3倍， 可承受200的温差变化。 磨砂玻璃又叫毛玻璃、暗玻璃。是用普通平板玻璃经机械喷 砂、手工研磨或氢氟酸溶蚀等方法将表面处理成均匀表面 制成。 应用应用：由于表面粗糙，使光线产生漫反射，透光而不透视， 它可以使室内光线柔和而不刺目。常用于需要隐蔽的浴室、 卫生间、办公室的门窗及隔断。使用时应将毛面向窗外。 喷砂玻璃是以水混合金刚砂,高压喷射在玻璃表面,以此对其 打磨的一种工艺。这种工艺

15、使平面玻璃的表面造成侵蚀， 从而形成半透明的雾面效果，具有一种朦胧的美感。性能 上基本上与磨砂玻璃相似，不同的是改磨砂为喷砂。 应用应用：室内隔断、装饰、屏风、浴室、家具、门窗等处， 让生活更美妙有情调。 压花玻璃又称花纹玻璃或滚花玻璃，是采用压延方法制造的 一种平板玻璃 。 应用应用：压花玻璃具有透光不透明的特点，可使光线柔和， 并具有陷私的屏护作用和一定的装饰效果。压花玻璃适用 于建筑的室内间隔，卫生间门窗及需要要又需要阻断视线 的各种场合。 夹丝玻璃别称防碎玻璃。它是将普通平板玻璃加热到红热 软化状态时，再将预热处理过的铁丝或铁丝网压入玻璃中 间而制成。 应用应用：夹丝玻璃主要用于屋顶天

16、窗、阳台窗;也可以使用 于天窗、屋顶、室内隔断和其他易造成碎片伤人的场合; 还适用于防震的场合。 特点：特点： 1）防火性。夹丝玻璃即使玻璃被打碎，线或网也能支住碎 片，很难崩落和破碎。即使火焰穿破的时候，可遮挡火焰和 火粉末的侵入，有防止从开口处扩散延烧的效果。 2）安全性。夹丝玻璃能防止碎片飞散。即使遇到地震、暴 风、冲击等使玻璃破碎时，碎片也很难飞散，所以与普通玻 璃相比，不能造成碎片飞散伤人。 3）防盗性。夹丝玻璃即使破碎，仍有金属线网在起作用， 所以小偷不可能。轻易进行偷盗。 中空玻璃是由两层或多层平板玻璃构成。四周用高强高气密 性复合粘结剂，将两片或多片玻璃与密封条、玻璃条粘接、

17、密封。中间充入干燥气体，框内充以干燥剂，以保证玻璃 片间空气的干燥度。 应用应用：中空玻璃主要用于需要采暖、空调、防止噪音或结 露以及需要无直射阳光和特殊光的建筑物上。广泛应用于 住宅、饭店、宾馆、办公楼、学校、医院、商店等需要室 内空调的场合。也可用于火车、汽车、轮船、冷冻柜的门 窗等处。 特点：特点： 具有良好的保温、隔热、隔声等性能。如在玻璃之间充以各种漫射光材料或 电介质等，则可获得更好的声控、光控、隔热等效果。根据用途不同，中空 玻璃可用透明或着色、钢化、夹层、热弯、压花、镀膜等玻璃作为原片，也 可在空气层中放置能调节透光强度的百叶窗，使产品具有各种不同的功能。 中空玻璃还可通过增加

18、空气层数制成多层中空玻璃或充填特种惰性气体来满 足更高的隔音、隔热要求。 夹层玻璃一般由两片普通平板玻璃(也可以是钢化玻璃或其 他特殊玻璃)和玻璃之间的有机胶合层构成。当受到破坏 时，碎片仍粘附在胶层上，避免了碎片飞溅对人体的伤害。 应用：应用：使用了夹层玻璃能阻隔声波，维持安静、舒适的办 公环境。其特有的过滤紫外线功能，既保护了人们的皮肤 健康，又可使家中的贵重家具、陈列品等摆脱褪色的厄运。 防弹玻璃是由玻璃（或有机玻璃）和优质工程塑料经特殊加 工得到的一种复合型材料，它通常是透明的材料。它具有 普通玻璃的外观和传送光的行为，对小型武器的射击提供 一定的保护。 应用应用：随着建筑、汽车、装饰

19、装修、家具、信息产业技术 等行业的发展和人们对生活空间环境要求的提高，防弹玻 璃得到广泛应用。 热弯玻璃由优质平板玻璃加热软化在模具中成型，再经退 火制成的曲面玻璃。样式美观，线条流畅，在一些高级装 修中出现的频率越来越高。 应用应用：建筑热弯玻璃主要用于建筑内外装饰、采光顶、观 光电梯、拱形走廊等。民用热弯玻璃主要用作玻璃家俱、 玻璃水族馆、玻璃洗手盆、玻璃柜台、玻璃装饰品 等。 适用于鱼缸.餐台.阳台.手机柜台.化妆品柜台.热弯电视 柜,门、窗、顶棚、幕墙等不同形状的特殊要求。 玻璃砖玻璃砖是用透明或颜色玻璃制成的块状、空心的玻璃制品 或块状表面施釉的制品。其品种主要有玻璃空心砖、玻璃 饰

20、面砖及玻璃锦砖（马赛克）等。 应用应用：玻璃砖多应用于外门。由于玻璃砖装饰效果高贵典 雅、富丽堂皇在墙面、门板装饰、灯墙、嵌灯的很多设计 中都可以变化出新。但由于单价较高，应用时可以与其他 饰材混用作为点缀，营造良好的采光变化效果。 特点：特点： 1）玻璃砖具有良好的耐火和防火性能。 2）玻璃砖引光，允许日光进入，节约电能。 3)保温性和隔 声性较好，每一块玻璃砖都是部分中空的，能够隔绝外部的 热量、火焰和噪声。 4)砖强度高、耐久性好，能经受住风的袭击，不需要额外的 维护结构就能保障安全性。 玻璃纸玻璃纸是一种是以棉浆、木浆等天然纤维为原料，用胶黏法 制成的薄膜。 应用应用：玻璃纸应用于商品

21、的内衬纸和装饰性包装用纸。 特点：特点：玻璃纸具有防潮、不透水 、不透气、可热封等性 能，对商品起到良好保护作用。与普通塑料膜比较，它有 不带静电、防尘、扭结性好等优点。根据纸膜的性能不同， 具有不同的性能。绝大部分起隔热、防红外线、防紫外线、 防爆等作用。 1 ）各向同性各向同性：均质玻璃在各个方向的性质如折射率、硬度、 弹性模量、热膨胀系数等性能相同。 2 ）介稳性介稳性：当熔体冷却成玻璃体时，它能在较低温度下保 留高温时的结构而不变化。 3 ）可逆渐变性可逆渐变性：熔融态向玻璃态转化是可逆和渐变的。 4 ）连续性连续性：熔融态向玻璃态转变时物理化学性质随温度变 化是连续的。 法国卢浮宫玻

22、璃金字法国卢浮宫玻璃金字 英国水晶宫英国水晶宫 塔哈利法塔塔哈利法塔 香港中银大厦香港中银大厦 贝聿铭设计建造的玻璃金字塔，高二十一米，底宽三十贝聿铭设计建造的玻璃金字塔，高二十一米，底宽三十 米，耸立在庭院中央。它的四个侧面由六百七十三块菱形米，耸立在庭院中央。它的四个侧面由六百七十三块菱形 玻璃拼组而成。总平面面积约有二千平方米。塔身总重量玻璃拼组而成。总平面面积约有二千平方米。塔身总重量 为二百吨，其中玻璃净重一百零五吨，金属支架仅有九十为二百吨，其中玻璃净重一百零五吨，金属支架仅有九十 五吨。换言之，支架的负荷超过了它自身的重量。因此行五吨。换言之，支架的负荷超过了它自身的重量。因此行

23、 家们认为，这座玻璃金字塔不仅是体现现代艺术风格的佳家们认为，这座玻璃金字塔不仅是体现现代艺术风格的佳 作，也是运用现代科学技术的独特尝试。在这座大型玻璃作，也是运用现代科学技术的独特尝试。在这座大型玻璃 金字塔的南北东三面还有三座五米高的小玻璃金字塔作点金字塔的南北东三面还有三座五米高的小玻璃金字塔作点 缀，与七个三角形喷水池汇成平面与立体几何图形的奇特缀，与七个三角形喷水池汇成平面与立体几何图形的奇特 美景。人们不但不再指责他，而且称美景。人们不但不再指责他，而且称“卢浮宫院内飞来了卢浮宫院内飞来了 一颗巨大的宝石一颗巨大的宝石”。 卢浮宫玻璃金字塔的设计主要应用了玻璃的光学特性，卢浮宫玻

24、璃金字塔的设计主要应用了玻璃的光学特性， 玻璃金字塔的设计不仅仅是卢浮宫院内的一个景观宝石，玻璃金字塔的设计不仅仅是卢浮宫院内的一个景观宝石， 更为卢浮宫平添了无限光芒。更为卢浮宫平添了无限光芒。 水晶宫是一个以钢铁为骨架、玻璃为主要建材的建筑，水晶宫是一个以钢铁为骨架、玻璃为主要建材的建筑， 是十九世纪的英国建筑奇观之一，也是工业革命时代的重是十九世纪的英国建筑奇观之一，也是工业革命时代的重 要象征物。它原先是世界博览会首次于要象征物。它原先是世界博览会首次于18511851年在伦敦举行年在伦敦举行 时的展示馆，这场世界博览会的正式名称为万国工业博览时的展示馆，这场世界博览会的正式名称为万国

25、工业博览 会，一直到会，一直到19361936年以前曾经吸引过无数的社会各种阶级的年以前曾经吸引过无数的社会各种阶级的 游客前来参观。游客前来参观。 水晶宫的设计者，曾试图找寻强韧、耐久、形式又简单水晶宫的设计者，曾试图找寻强韧、耐久、形式又简单 的建筑物和并希望伴随着快速的建造进度，约瑟夫帕克的建筑物和并希望伴随着快速的建造进度，约瑟夫帕克 斯顿在这一点使博览会的筹办人如愿以偿，从斯顿在这一点使博览会的筹办人如愿以偿，从18501850年年8 8月月 至隔年至隔年5 5月，这栋建筑使用了面积九十万平方英尺、相当月，这栋建筑使用了面积九十万平方英尺、相当 于八万四千平方公尺的玻璃（或是八个半的

26、标准足球场于八万四千平方公尺的玻璃（或是八个半的标准足球场 地）。而另一个主要建材是铁，包括铁柱三千三百根，铁地）。而另一个主要建材是铁，包括铁柱三千三百根，铁 梁两千三百条，占地面积七万四千平方公尺，宽度与长度梁两千三百条，占地面积七万四千平方公尺，宽度与长度 分别约为分别约为408408英尺、英尺、18511851英尺（相当于英尺（相当于125125公尺、公尺、564564公公 尺），高三层楼。尺），高三层楼。 哈利法塔原名迪拜塔，是位于阿拉伯联合酋长国迪拜的哈利法塔原名迪拜塔，是位于阿拉伯联合酋长国迪拜的 一栋已经建成的摩天大楼，有一栋已经建成的摩天大楼，有160160层，总高层，总高8

27、28828米，比台北米，比台北 101101足足高出足足高出320320米。迪拜塔由韩国三星公司负责营造，米。迪拜塔由韩国三星公司负责营造， 20042004年年9 9月月2121日开始动工，日开始动工，20102010年年1 1月月4 4日竣工启用，同时日竣工启用，同时 正式更名哈利法塔。正式更名哈利法塔。 哈利法塔不但高度惊人，连建筑物料和设备也哈利法塔不但高度惊人，连建筑物料和设备也“份量十份量十 足足”。哈利法塔总共使用。哈利法塔总共使用3333万立方米混凝土、万立方米混凝土、3.93.9万公吨万公吨 钢材及钢材及14.214.2万万平方米玻璃。平方米玻璃。 迪拜塔是当今世界的第一高楼

28、，远远超过了之前的世界迪拜塔是当今世界的第一高楼，远远超过了之前的世界 第一台北第一台北101101大厦（大厦（509509米）。台北米）。台北101101大厦为钢筋混凝土大厦为钢筋混凝土 结构，钢筋混凝土自重大的特点无疑限制了建筑向更高的结构，钢筋混凝土自重大的特点无疑限制了建筑向更高的 方向发展，而迪拜塔，可以从其采用的主要材料看出，玻方向发展，而迪拜塔，可以从其采用的主要材料看出，玻 璃占了很大的分量，玻璃与钢筋混凝土相比，自重轻，又璃占了很大的分量，玻璃与钢筋混凝土相比，自重轻，又 可以增加建筑的空间通透感，为建筑向上发展提供了良好可以增加建筑的空间通透感，为建筑向上发展提供了良好 的条件。的条件。 香港中国银行大厦，由贝聿铭建筑师事务所设计，香港中国银行大厦，由贝聿铭建筑师事务所设计， 19901990年完工。总建筑面积年完工。总建筑面积12.912.9万平方米，地上中银大厦外万平方米，地上中银大厦外 观观