Фантастические очки и где их найти

Это четвертая статья в нашем исследовании материального мира «Песни льда и пламени», более знакомой нам как «Игра престолов». Вы можете прочитать первые три статьи из этой серии здесь.

Этой зимой не было ни снега, ни льда. Речь шла о черном материале, который возами привозили с острова в Узком море.

Драконье стекло, как его называли в народе. Оно было черным и заостренным. Это было излюбленное оружие одичалых.

Несмотря на свой цвет, он блестел на солнце, как металл. У него были края и изгибы, как у скалы, но он раскололся о землю, как лед.

Этот друг Короля Севера — толстяк, как его называли Сэм, — очевидно, убил белого ходока из драконьего стекла. К настоящему времени каждый ребенок к северу от близнецов знал, что это единственное, кроме валирийской стали, что может убить белого ходока.

<рисунок>

Драконье стекло Авторы и права:HBO

Когда смерть у дверей, драконье стекло было единственной надеждой на долгую ночь.
Мужчины с удивлением говорили о глубоких шахтах, откуда оно появилось. Маленькие и большие стекла блестели во тьме, словно драгоценности, укрытые в расщелинах древней скалы.

В народных легендах драконье стекло — это то, что получается, когда камни плавятся драконьим пламенем. В конце концов, на древневалирийском языке драконье стекло звучит как zīrtys perzys. , что буквально переводится как «застывший огонь». Стоит ли тогда удивляться, что он может снова убивать мертвых?

Однако мейстеры знали лучше. Не жар драконьего огня расплавил скалу, а жидкая ярость вулканов, истекающих кровью из древних ран. Они назвали его настоящим именем:обсидиан.

<рисунок>

Топор Гончей из драконьего стекла. Авторы и права:HBO

Ледяной огонь

У нас может не быть драконьего стекла, но обсидиан — обычное вулканическое стекло, которое можно найти во многих частях мира. В Naturalis Historia , написанный в 77 г. н.э., Плиний Старший пишет, что «...среди различных форм стекла мы можем причислить обсидиановое стекло, вещество, очень похожее на камень, найденный Обсидиус i в Эфиопии ’.

Неизвестно, когда этот «Обсидий» сделал свое открытие, но очки, в общем, были известны уже сотни тысяч лет ко времени Плиния. На самом деле, обсидиановые предметы были обнаружены в археологических раскопках, датируемых 700 000 лет до н. э., что делает стекло одним из первых искусственных материалов, известных человеку.

В то же время стекло стало бытовым материалом лишь совсем недавно. В средние века вам нужно было пойти в церковь, чтобы увидеть великолепие витража.

Однако сегодня мы наблюдаем взрыв различных типов стекла вокруг нас. Пьем из содовой лаймовой рюмки. Мы носим линзы из пирекса или бесцветного стекла. Мы украшаем наши здания флоат-стеклом, краун-стеклом и многослойным стеклом. Нагреваем химические реагенты в боросиликатном стекле. Автомобильные стекла закалены. Химически упрочненное стекло, такое как стекло Gorilla, было разработано специально для смартфонов.

Существуют очки всех цветов и избирательно прозрачны в электромагнитном спектре. Существует УФ-стекло и инфракрасное стекло. Существует даже электрохромное стекло, которое можно заставить менять цвет нажатием кнопки.

Известково-натриевое стекло

Технически стекло — это не материал, а состояние материи. Точно так же, как все материалы могут быть твердыми, жидкими или газообразными, многие материалы могут быть стеклом.

Большинство наших очков начинается с песка, который расплавляется до жидкости при высокой температуре. Этот расплавленный песок должен быстро остывать — настолько быстро, что молекулы в материале не успевают принять жесткую конфигурацию твердого тела. В результате получается расположение атомов между твердым телом и жидкостью, как показано на изображении ниже.

<рисунок>

[а] Расположение атомов в стекле. [б] Расположение атомов в твердом кварце. От Тома Хасбэнда, «Сладкая наука о сладком»

Кварц (справа) состоит из аккуратно расположенной шестиугольной решетки, в то время как стеклообразный кремнезем (слева) беспорядочн и хаотичен. Почти все электрические, термические и механические свойства стекла обусловлены этой структурой.

Проблема, однако, в том, что песок плавится только при температуре около 1700 °C, что делает его дорогим и сложным в работе. Добавление соды (карбоната натрия) снижает температуру плавления до 1300 °C, создавая «натриевое стекло».

Однако это стекло растворимо в воде, что делает его непригодным для большого числа применений. Подумайте об окнах, которые растворяются под дождем!

Добавление извести решает эту проблему, создавая химически стабильную смесь. Этот тип стекла, содержащий около 70% песка, 18% соды и 12% извести (оксида кальция), поэтому называется натриево-известково-силикатным стеклом. Сегодня это самый распространенный тип стекла в мире, из которого изготавливают большую часть нашей тары, оконных стекол, бутылок и банок.

Краун Гласс

Расплавленное стекло похоже на жевательную резинку:ему можно выдуть любую форму с помощью тепла, воздуха и подходящего оборудования.

Выдувное вручную «коронное стекло» было очень популярно до того, как выдувание стекла заняли машины. Некоторые из легендарных витражей в средневековых соборах были сделаны из краун-стекла.

Вдувание воздуха в каплю расплавленного стекла расширяет ее в полый шар или «корону». Корону нагревают и быстро раскручивают, чтобы она расплющилась в лист, который затем разрезали на прямоугольники. Вращение неизбежно приводит к тому, что края становятся тоньше, чем центр. Вот почему старые витражи оказались толще внизу, чем в середине.

<рисунок>

Витраж, Шартрский собор, Франция

Высокоэффективные тепловые очки

Типичные известково-натриевые стекла не выдерживают резких перепадов температуры. Если вы нальете кипяток в стеклянную бутылку, она, скорее всего, разобьется.

Было обнаружено, что добавление оксида бора улучшает тепловые свойства стекла, сохраняя при этом его прозрачность. Это жизненно необходимо, например, когда нужно наблюдать экзотермическую реакцию в пробирке. Боросиликатное стекло позволяет вести наблюдение без опасности разлива химикатов.

Сегодня внедрение стеклокерамики привело к созданию стекол, обладающих превосходной теплопроводностью и стойкостью к тепловому удару. Например, стеклокерамика NEXTREMA от Schott AG может выдерживать температуры до 950 °C при общем тепловом расширении менее 1%.

Видео ниже демонстрирует высокую термостойкость трех видов стеклокерамики линейки NEXTREMA:прозрачной, непрозрачной и полупрозрачной. Лист каждого из этих стекол NEXTREMA нагревается в печи до 350 °C. Затем их достают из духовки и опускают в холодную воду. Традиционное стекло разбивается при таком сильном перепаде температур. Однако стеклокерамика NEXTREMA остается невредимой, без видимых следов своего жестокого прошлого.

Стеклокерамика имеет крошечные керамические включения, встроенные в аморфную стеклянную матрицу. Керамические включения подавляют тепловое расширение и обеспечивают высокую теплопроводность, что в совокупности гарантирует, что эти материалы могут выдерживать огромные перепады температуры. Общий объем этих включений обычно составляет менее одной миллионной доли общего объема, благодаря чему стекло остается оптически прозрачным.

Чтобы узнать больше о стеклокерамике, прочитайте нашу специальную статью, Стеклокерамика:свойства, обработка и применение .

Бран-строитель — Брану-сломанному

Подобно детям леса, мы прошли долгий путь от драконьего стекла. Подобно жителям Вестероса и Эссоса, мы строим города из наших материалов и раскрашиваем их своими радостями, печалями и желаниями.

Сегодня, когда у наших ног миллионы металлов, керамики, стекла, полимеров и композитов, мы не заводи семи королевств. Мы наследники Валирии:славной земли, изобилующей волшебством и чудесами.
Как и в истории, которая началась с Брана строителя заканчивается на Бран сломленный , пишем себе еще большую эпопею. Многовековая, постоянно растущая история наших материалов.

Я работаю в передовой области применения машинного обучения и искусственного
интеллекта к одному из самых ранних достижений человеческой цивилизации — к пониманию, эксплуатации и разработке новых материалов.