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一种新方法可以将玻璃制作成复杂的齿轮形状。图片来源：GLASSOMER GMBH
本报讯 玻璃是人类最古老的材料之一，最早生产于公元前3500年左右的埃及和美索不达米亚东部。其制造工艺同现在一样：在大约2000℃的温度下熔化二氧化硅或硅，然后使用各种技艺进行塑形。
现代玻璃制造技术可以批量生产某些形状的玻璃，但不能大批量生产现代生物医学所需的设计复杂的玻璃仪器。
近日，一项发表于《科学》的研究报道了一种新的玻璃制造方法，该方法能使这种材料像塑料一般，让科学家注模出疫苗瓶、实验用的弯曲管道和其他复杂形状。
2017年，德国弗赖堡大学微系统工程师Frederik Kotz领导的研究小组开始着手研究复杂玻璃仪器难以批量生产的问题。他们改造了一台通常用来印刷塑料或金属的3D打印机以锻造玻璃。
研究人员将二氧化硅纳米颗粒与一种可以用紫外光固化的聚合物混合，制成了一种可印刷的粉末。在打印出想要的形状后，他们用紫外光固化该聚合物，使其保持形状。然后，研究人员将混合物放入烤箱中烧掉聚合物，并将二氧化硅颗粒熔合成连续的玻璃结构。这种方法奏效了，但制作的过程太慢，仍不能像塑料那样完全工业化生产。
现在，Kotz和同事将他们的方法扩展到注塑成型阶段（一种按吨批量生产玩具和汽车保险杠等塑料零件的工艺）。
研究人员再次从微小的二氧化硅颗粒开始，将二氧化硅与两种聚合物——聚乙二醇（PEG）和聚乙烯醇缩丁醛（PVB）混合。这种混合物产生了像牙膏一样黏稠的糊状物。研究小组将糊状物送入挤出机，压入圆盘或小齿轮等形状的预制模具中。
拿走模具，零件能保持形状但很脆弱。为使它们变硬，研究人员用水洗去PEG，然后分两个阶段烧制剩余的材料：第一阶段在600℃下烧尽PVB，第二阶段在1300℃下将二氧化硅颗粒熔合。
“最终我们能够得到任意形状的高纯度二氧化硅玻璃。”Kotz说，这些玻璃部件具有商业电信设备和化学反应仪器所需的光学和化学特性。
然而，这种大规模生产玻璃零件的新方法仍然面临一个瓶颈：为了确保玻璃零件不会破裂，只能在数天内缓慢清洗掉PEG。如果能加快这一环节的速度，这一玻璃成型方法可能会被广泛使用。（徐锐）
相关论文信息：
https://doi.org/10.1126/science.abf1537
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