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一種新方法可以將玻璃製作成複雜的齒輪形狀。圖片來源：GLASSOMER GMBH
本報訊 玻璃是人類最古老的材料之一，最早生產(chan) 於(yu) 公元前3500年左右的埃及和美索不達米亞(ya) 東(dong) 部。其製造工藝同現在一樣：在大約2000℃的溫度下熔化二氧化矽或矽，然後使用各種技藝進行塑形。
現代玻璃製造技術可以批量生產(chan) 某些形狀的玻璃，但不能大批量生產(chan) 現代生物醫學所需的設計複雜的玻璃儀(yi) 器。
近日，一項發表於(yu) 《科學》的研究報道了一種新的玻璃製造方法，該方法能使這種材料像塑料一般，讓科學家注模出疫苗瓶、實驗用的彎曲管道和其他複雜形狀。
2017年，德國弗賴堡大學微係統工程師Frederik Kotz領導的研究小組開始著手研究複雜玻璃儀(yi) 器難以批量生產(chan) 的問題。他們(men) 改造了一台通常用來印刷塑料或金屬的3D打印機以鍛造玻璃。
研究人員將二氧化矽納米顆粒與(yu) 一種可以用紫外光固化的聚合物混合，製成了一種可印刷的粉末。在打印出想要的形狀後，他們(men) 用紫外光固化該聚合物，使其保持形狀。然後，研究人員將混合物放入烤箱中燒掉聚合物，並將二氧化矽顆粒熔合成連續的玻璃結構。這種方法奏效了，但製作的過程太慢，仍不能像塑料那樣完全工業(ye) 化生產(chan) 。
現在，Kotz和同事將他們(men) 的方法擴展到注塑成型階段（一種按噸批量生產(chan) 玩具和汽車保險杠等塑料零件的工藝）。
研究人員再次從(cong) 微小的二氧化矽顆粒開始，將二氧化矽與(yu) 兩(liang) 種聚合物——聚乙二醇（PEG）和聚乙烯醇縮丁醛（PVB）混合。這種混合物產(chan) 生了像牙膏一樣黏稠的糊狀物。研究小組將糊狀物送入擠出機，壓入圓盤或小齒輪等形狀的預製模具中。
拿走模具，零件能保持形狀但很脆弱。為(wei) 使它們(men) 變硬，研究人員用水洗去PEG，然後分兩(liang) 個(ge) 階段燒製剩餘(yu) 的材料：第一階段在600℃下燒盡PVB，第二階段在1300℃下將二氧化矽顆粒熔合。
“最終我們(men) 能夠得到任意形狀的高純度二氧化矽玻璃。”Kotz說，這些玻璃部件具有商業(ye) 電信設備和化學反應儀(yi) 器所需的光學和化學特性。
然而，這種大規模生產(chan) 玻璃零件的新方法仍然麵臨(lin) 一個(ge) 瓶頸：為(wei) 了確保玻璃零件不會(hui) 破裂，隻能在數天內(nei) 緩慢清洗掉PEG。如果能加快這一環節的速度，這一玻璃成型方法可能會(hui) 被廣泛使用。（徐銳）
相關(guan) 論文信息：
https://doi.org/10.1126/science.abf1537
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