2007年1月9日，喬布斯首次使用3.5英寸全觸控玻璃屏幕，正式開啟了智能手機時代的大門。
2010年6月8日， 雙面玻璃機身的iPhone 4震撼問世，前后機身都使用鋁矽酸鹽玻璃制造，表面均具有防油脂涂層。
蘋果，用一塊玻璃征服世界。
圖：iPhone 12（來源蘋果官網）
玻璃，可以說是這個世界上最重要，也是最奇妙的東西之一。
縱然五千年前已有之，21世紀以來，玻璃可謂無處不在，無時不有！據統計，每年玻璃產量高達1.2億噸，建筑玻璃、汽車玻璃、光伏玻璃、電子器件觸控防護玻璃，全球玻璃市場儼然已超過萬億。
玻璃制造，一定要用高溫工藝嗎？
然而，由于制備工藝上的挑戰，玻璃的地位受到了來自聚合物的威脅。
聚合物可以使用大規模的工業復制技術進行加工，如注射成型(IM)，而玻璃通常是通過熔化來加工的，耗能高，技術上挑戰大。
透明玻璃物體主要是由熔融或軟化的玻璃制造，然后將其漂浮、拉伸、吹塑、澆鑄或吹塑成所需的形狀。玻璃成分和加工技術決定了工作溫度，該溫度通常很高（接近1000°C），并且常常限制了兼容設備和玻璃成分的選擇。熱塑性聚合物可在約200°C至250°C的相對適中的溫度下加工；而對于熔融石英，玻璃仍主要通過在?2000°C的溫度下熔融，硅酸鹽玻璃則需要在1500°C的溫度下熔融加工而成。傳統玻璃制造工藝產生極高的能耗，每生產一噸玻璃大概需要耗能 5-6 MJ。當前的方法在某種程度上已經不太適合玻璃大規模生產，并且所制備的幾何形狀也有所限制。
發展低溫制備玻璃技術是當前該領域的一個重要挑戰。
新突破：非晶SiO2納米復合材料
為了解決玻璃制造工藝需要高溫的問題，德國弗萊堡大學的Frederik Kotz教授等人借鑒聚合物加工技術，發展了使用非晶SiO2納米復合材料的高通量注射成型工藝，該工藝結合了現有工藝技術和低能量燒結等優勢，可在低溫下制備玻璃品，大幅降低能源消耗，而且不需要復雜的專業設備，為大規模生產玻璃注入了新的希望。
更低溫度，更低能耗，更環保
研究人員將非晶SiO2納米復合材料與傳統的低溫注射成型技術相結合，發展了低溫下制備玻璃組將的新工藝。該工藝中的很多脫脂反應發生在水中，而不再需要在很高的溫度下進行。更為重要的是，復合材料中使用的聚合物可以回收和再利用。
使用高通量的熱塑性SiO2納米復合材料，研究人員來形成高質量的熔融硅玻璃，這些玻璃在燒結后，可以制成具有光學表面質量的高純質量玻璃。燒結的熔融石英玻璃具有高透明度和低表面粗糙度，可以用于光學應用，而不需要進一步的后處理。
而且，該工藝生產效率高，每件生產速度只需5秒。
圖1. 熱塑性納米復合材料熔融SiO2的注射成型技術
提供了生產復雜形狀、高質量玻璃組件的可能性
研究人員指出，該工藝可以得到各種形狀的熔融硅玻璃制品，包括管狀物、燒杯和微透鏡陣列等。這項技術提供了生產復雜形狀、高質量玻璃組件的可能性。
圖2. 用于制造熔融石英玻璃組件的注射成型工藝的可持續性
圖3. 注射成型大塊熔融石英玻璃組件
工業技術，可規模化生產
該工藝適用于工業上可規模化加工的技術，所采用的機器也被廣泛應用于生產中，如玻璃制造的注射成型技術已經非常成熟，并有望降低傳統玻璃加工的能源消耗。
使用同樣的高通量制造方法，使聚合物成為21世紀最重要的材料類別之一。通過利用玻璃相對于聚合物的固有優勢，同時依賴現有的商業機器，這一戰略可以將玻璃加工升級為更具經濟競爭力的聚合物加工。
圖4. 注射成型微結構熔融石英玻璃組件
圖5. 注塑成型熔融石英玻璃的光學表征
參考文獻：
Markus Mader et al. High-throughput injection molding of transparent fused silica glass. Science 2021, 372, 182-186.
DOI: 10.1126/science.abf1537
https://science.sciencemag.org/content/372/6538/182
