玻璃线纹尺

据德国弗劳恩霍夫研究所网站报道，该所科学家研发的一个特殊传感器系统可以检测到玻璃幕墙上微小的裂纹，并对即将发生的玻璃破碎的危险发出警告。相关技术将在5月18日至20日举行的纽伦堡国际传感器、测试测量技术展上进行展示。　　玻璃幕墙体现了现代建筑学与美学结构设计的最佳结合。不过，玻璃幕墙上的玻璃破碎坠落危及行人的情况也时有发生，而迄今为止，相关安全检查一般仅依靠敲打玻璃的声音来判断。这样的检测只能确认已经形成整条裂痕的玻璃，而不能警告即将发生的危险。　　现在，位于维尔茨堡的德国弗劳恩霍夫硅酸盐研究所(ISC)与行业合作伙伴共同开发了一个传感器，它可识别5毫米长的微裂纹，并在玻璃实际破裂之前就及时发出维修提示。负责该研究的伯恩哈德布伦纳博士介绍说，他们在一块玻璃上按照一米的间距安装多个压电传感器执行器模块(piezoelektrische Sensor-Aktor-Module)，一个传感器执行器模块产生超声波，其他传感器接收这种注册过的超声波。如果超声波信号保持不变，说明玻璃是完好的 如果信号发生变化，就表明玻璃产生了裂痕。通常，这些裂纹从玻璃的边缘产生，最初是不可见。随着时间的推移，例如在环境温度变化的影响下，它才会逐渐扩大。　　该传感器通过电缆连接到建筑物的控制系统，所有传入的数据都会被自动分析，当玻璃出现微小裂缝时就会触发警报。研究者还成功将传感器安装到层压玻璃面板间。由于这些传感器在层压玻璃的生产过程中就已经被整合到两块玻璃板之间，因此，它们能在玻璃安装前就检测到玻璃在运输过程中出现的缺陷。　　这一新的安全系统不仅可以提前预测玻璃碎裂，还能提供舒适的功能：该传感器执行器模块同温度和光传感器相连，可以根据光照情况选择开关百叶窗，从而控制室内环境。

玻璃态材料是一类具有长程无序原子/分子结构的材料。按照成键形式和化学组成，玻璃态材料一般分为金属玻璃、氧化物玻璃、有机玻璃、硫系玻璃等。作为结构材料和功能材料，玻璃态材料在电力电子、光学、信息存储、生物医药、建筑等领域具有重要的应用价值。由于玻璃处在热力学非平衡状态，热历史和加工条件将影响玻璃能量状态，进而影响玻璃的结构和性能。所以，玻璃应用之前往往需要进行退火，通过能量弛豫，逐步消除热历史的影响。 　　然而，由于玻璃态材料能量状态丰富，弛豫演化规律非常复杂，存在多种弛豫模式，而且不同弛豫模式之间存在耦合和记忆效应，缺乏精准调控的理论和方法，亚稳特征对物理化学性能的影响规律和机制仍然不清楚，极大限制了高性能玻璃态材料的研发进程。 　　一种经典理论认为，玻璃表现出的宽广的弛豫峰是由一系列具有指数特征的弛豫基元(类似晶体中声子的动力学行为)叠加而成，不同能量的弛豫基元反映了玻璃结构的不均匀性。但目前仍然缺少弛豫基元谱的实验证据。研究探测玻璃弛豫子谱对理解玻璃态本质、精准调控退火工艺改善性能具有重要意义。 　　最近中国科学院宁波材料技术与工程研究所非晶合金磁电功能特性研究团队在王军强研究员的带领下从玻璃态物质弛豫过程中能量变化角度出发，利用高精度闪速差示扫描量热仪研究了金属玻璃、高分子玻璃和小分子玻璃等不同玻璃态材料在不同退火温度和退火时间下的热流变化。通过精准控制退火温度和时间，他们测量了热流弛豫峰，发现不同温度或弛豫时间的热流弛豫峰的谱线与力学弛豫谱具有一致性，表明宽泛的谱峰来自独立弛豫单元谱的叠加。 　　为了进一步验证探测到的热流弛豫谱是否是弛豫基元，他们使用Debye模型拟合弛豫峰，得到了合理的激活能或特征时间，并据此提出了“弛豫子”(relaxun)概念。弛豫子与晶体中的声子符合相同的动力学行为，为准确描述玻璃材料的非平衡热力学行为提供了基础。 　　他们通过控制多步退火中的温度和时间可以实现对特定弛豫子的激活、湮灭或编程，证实了宏观弛豫源于具有指数特征弛豫谱的非均匀性叠加假说。此外，激活能随退火温度和退火时间存在从γ/β′弛豫向β弛豫，并最终进入到α弛豫的转变动力学行为，在焓空间中实现了对不同弛豫模式含量的定量表征。相关结果为理解玻璃态本质提供了重要实验证据，也为精准调控退火工艺提供了重要理论指导。 　　研究成果以“玻璃态物质指数弛豫谱的探测”(Detecting the exponential relaxation spectrum in glasses by high-precision nanocalorimetry)为题发表在《美国国家科学院院刊》(Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, PNAS.120(20), e2302776120 (2023))上(DOI: 10.1073/pnas.2302776120)。论文的第一作者为宁波材料所宋丽建副研究员，通讯作者为宁波材料所王军强研究员和霍军涛研究员，合作作者包括宁波材料所硕士研究生高玉蓉、博士研究生邹鹏、许巍副研究员、高萌研究员、张岩研究员，郑州大学李福山教授，西北工业大学乔吉超教授，燕山大学王利民教授。该研究工作得到了国家自然科学基金委、科技部重点研发计划项目、中科院、浙江省和宁波市的资助。图1 弛豫谱特征。(A)Au基金属玻璃在退火温度Ta=273-393 K下退火5s的热流弛豫峰；(B)Au基金属玻璃在退火温度Ta=253,303,318,363 K下退火不同时间的热流弛豫峰；(C)Au基金属玻璃的力学弛豫谱图2 弛豫谱的Debye模型分析。(A)Au基金属玻璃在退火温度Ta=273-393 K下退火5s的热流弛豫峰(实点)与Debye模型拟合(实线)；(B)A图中退火条件下的弛豫激活能；(C)Au基金属玻璃在退火温度Ta=253,303,318,363 K下退火不同时间的热流弛豫峰(实点)与Debye模型拟合(实线)；(D)C图中退火条件下的弛豫激活能图3 弛豫谱的调控。(A)Au基金属玻璃在退火温度Ta=403 K下退火0.5s的热流弛豫峰；(B)Au基金属玻璃先在Ta=403 K退火0.5s，然后降低至Ta=363 K退火0.1s的热流弛豫峰；(C)Au基金属玻璃先在Ta=403 K退火0.5s，然后降低至Ta=363 K退火0.1s，最后在Ta=253 K退火500s的热流弛豫峰图4 不同弛豫模式在焓空间中的演化规律。(A)激活能随退火温度和弛豫焓变的关系；(B)不同弛豫模式演化的温度-焓变相图

仪器信息网讯 瑞士时间2012年6月21日下午，我们应约来到了位于瑞士Flawil小镇的BUCHI公司总部参观访问，而这也是我们此次欧洲工厂行的第三站。BUCHI公司客户支持负责人Markus Metzler先生及负责全球公关的Janine Fischer女士热情接待我们，Markus Metzler先生还带领我们参观了BUCHI的工厂。　　1939年，Walter Buchi先生在一个地下室创建了BUCHI公司，公司最初从事特殊玻璃生意。1957年，BUCHI推出了世界首台旋转蒸发仪，由此开创了玻璃和电子完美结合的典范。诺贝尔奖得主理查德.R.恩斯特就曾称赞BUCHI制作的仪器都像水晶般透明干净，并说：&ldquo 化学家正逐渐变成&lsquo 仪器操作员&rsquo 而不是一个&lsquo 主观能动者&rsquo 。这就意味着大量灵感的丢失。BUCHI是个例外，值得赞赏。&rdquo 　　目前，BUCHI在全球有员工600多人，拥有14家分支机构及55家代理商，足迹遍布全球80多个国家和地区，提供包括旋蒸方案、多样品平行蒸馏、工业旋蒸、凯氏定氮、索氏萃取和快速溶剂萃取、中压分离纯化制备色谱、喷雾干燥系列、熔点仪、近红外等产品及综合解决方案。BUCHI位于Flawil的总部　　作为世界首台旋转蒸发仪的诞生地，BUCHI引领着旋转蒸发仪技术的发展，尤其是与此相关的玻璃制造技术，探秘BUCHI神秘的玻璃仪器制造也是此行最吸引我们的地方。　　据Markus Metzler先生介绍，&ldquo 在Flawil小镇BUCHI有员工约200人，并有两个生产设施，其中一个生产设施主要用于玻璃仪器加工制造和零部件的机械加工，另一个生产设施则用于组装、测试及库存产品。&rdquo 　　首先我们参观的是玻璃加工制造车间，在这里我们看到了旋转蒸发仪中所使用的各种玻璃器件的制作过程。BUCHI的玻璃制造主要以手工制作为主，配合一些辅助的仪器设备。在这里，我们看到从外部采购的一个个普通的玻璃管在BUCHI工人的手中却发生着奇妙的变化，一件件犹如艺术品般的玻璃仪器由此诞生。据Markus Metzler先生介绍，&ldquo 一个员工要经过3年的培养才能熟悉玻璃仪器制造的所有过程，从而成为一名合格的玻璃仪器制造师。&rdquo BUCHI工人正在对冷凝管进行加工　　旋转蒸发仪中所使用的冷凝管制作最令我们好奇，它究竟是怎样制作出来的?Markus Metzler先生告诉我们，&ldquo 冷凝管中的螺旋部分是通过BUCHI设计的一台机器来自动完成的。一条长长的细小玻璃管边用高温烧，边旋转，最终就形成螺旋管。此后，将其放入大的玻璃管中，再由人工进行相关制作。&rdquo 　　经过了烧、吹、拉成型之后的玻璃仪器还需要经过烘烤、涂层、清洗等过程，最后才能与仪器配套销售。　　在BUCHI出品的玻璃仪器上，我们总能看到印有&ldquo BUCHI&rdquo 字样的标，据介绍，原来只要在制作好的玻璃仪器上贴上有BUCHI标识的贴纸，经过高温的烘烤之后，&ldquo BUCHI&rdquo 字样就印在了玻璃仪器表面上。BUCHI机加工车间　　从玻璃仪器加工制造车间出来，我们来到了位于一楼的机加工车间。令我们意外的是，BUCHI还拥有如此强大的机加工能力。据Markus Metzler先生，BUCHI绝大多数的零部件都由自己加工。在机加工车间，我们看到了十几台各类机床，其中一台机床配备了几十种刀头，可以加工非常复杂的模具。BUCHI组装车间　　在玻璃仪器及零配件生产完毕后，则进入到组装及测试环节，而这是在另一座生产设施中完成的。Markus Metzler先生特别给我们介绍了BUCHI在组装环节的零部件管理，据介绍，&ldquo 在每个模块的组装工作台上，所有涉及的零部件均有人员进行统一管理，一旦有缺就会自动补上。同时在每个工作台上均有一本操作手册，手册将该工作台所涉及的零配件全列出，并且用照片显示出每一步的组装步骤，这样员工就可以很清楚了解到所需完成的操作。&rdquo BUCHI立体仓库符合各地标准的电源线准备发往世界各地的产品(左)、发往新疆的产品(右)　　Markus Metzler先生告诉我们，一个旋转蒸发仪的组装完成只需3小时的时间。在BUCHI，我们看到了很多准备发往世界各地的产品，其中许多是发往中国，有一台还是发往新疆乌鲁木齐的。　　由于时间有限，我们只完整参观了BUCHI34条产品线中的一条，对于更多的产品线没有来得及造访，如BUCHI最新推出的创新可选滴定/颜色法全新自动凯氏定氮仪，以及去年BBC新闻报道的救小男孩的微胶囊造粒仪，但是能够深入BUCHI神秘的玻璃仪器加工及机械加工&ldquo 腹地&rdquo ，看到神奇的制造工艺，此行我们已收获颇丰!　　后记：　　七十多年间，BUCHI从地下室起家的&ldquo 家庭作坊&rdquo ，如今已经发展成为了国际化的公司，这份家业也从Walter Buchi先生传至其儿子Reinhardt Buchi先生的手中，然而唯一不变的是BUCHI精湛的玻璃仪器手工制作工艺，对产品质量的关注，以及BUCHI始终的承诺&ldquo Quality in your hands&rdquo 。　　此外，BUCHI也很重视社会责任。在BUCHI的玻璃仪器制造车间设有一个专门的区域，而这个区域向学生们开放，让他们亲身感受传统的玻璃仪器制作过程，以及这份在火与玻璃作用中所发生的神奇变化。（采访编辑：杨娟）