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玻璃化 (工艺)
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“玻璃化”重定向至此。关于植物生理现象，请见“玻璃化 (植物)”。
提示：此条目的主题不是玻璃转化。玻璃化（源自拉丁语“vitrum”意为“玻璃”，法语为“vitrifier”）是物质转变为玻璃的过程，[1]即物质完全或部分转化为无定形固体，或称非晶态固体。玻璃与液体在结构上有所不同，且玻璃与晶体具有相同的豪斯多夫维数：dimH = 3[2]。在陶瓷制作中，玻璃化使其具备防水性。[3]
玻璃化通常是通过加热材料直到其熔化，然后快速冷却液体，使其通过玻璃转化过程，形成玻璃状固体。某些化学反应也能导致玻璃的形成。
从化学角度看，玻璃化特指无定形材料或无序系统，当基本粒子（原子、分子、形成单元等）之间的连接强度超过某一阈值时，便会发生玻璃化。[4]热波动破坏了这些连接，因此温度越低，连接度越高。由于这一点，无定形材料具有特定的临界温度，称为玻璃转变温度（Tg）：低于Tg时，无定形材料表现为玻璃状，而高于Tg时则呈现为熔融状态。
玻璃化最常见的应用包括陶器、玻璃的制造以及某些类型的食品，但也有其他应用，如在深低温保存技术中将抗冻液体进行玻璃化保存。
在另一种意义上，材料被嵌入玻璃状基质中也称为玻璃化。一个重要的应用是将放射性废料进行玻璃化处理，得到一种被认为更加安全和稳定的物质，以便处理。
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陶瓷
玻璃化是黏土或陶瓷体在烧制过程中逐步部分熔化的过程。随着玻璃化的进行，玻璃状结合物的比例增加，烧制后的产品表观孔隙率逐渐降低[3]。玻璃质体具有开放孔隙，可能是不透明或半透明的。在这个语境下，“零孔隙率”被定义为水吸收率低于1%。然而，许多标准程序对水吸收率的条件有具体定义[5][6][7]。例如，美国材料和试验协会规定，“玻璃质”通常意味着水吸收率低于0.5%，但地砖和墙砖以及低压电气绝缘体可接受最大3%的水吸收率[8]。
陶器可以通过上釉或玻璃化使其防水。瓷器、骨瓷和卫生陶器是玻璃化陶器的例子，即使没有釉料也具备防水性。石器可被玻璃化或半玻璃化；后者若没有釉料则不具备防水性[9][3][10]。
应用
当蔗糖缓慢冷却时会结晶形成糖（或冰糖），但若快速冷却，则会形成糖浆状的棉花糖。
玻璃化也可以发生在液体中，如水，通常通过非常快速的冷却或加入抑制冰晶形成的物质。这与普通的冰冻过程不同，后者会导致冰晶的形成。玻璃化被应用于低温电子显微镜中，通过快速冷却样品，使其可以在电子显微镜下成像而不受损害[11][12]。2017年，诺贝尔化学奖授予了这一技术的发展，它可用于成像如蛋白质或病毒颗粒等物体[13]。
普通的钠钙玻璃（如窗户玻璃和饮用容器玻璃）是通过将碳酸钠和石灰（氧化钙）添加到二氧化硅中制成的。如果没有这些添加剂，二氧化硅需要在非常高的温度下熔化，然后（通过缓慢冷却）形成玻璃。
玻璃化可用于核废料或其他有害废物的处置和长期存储[14]，采用一种称为地熔法（geomelting）的方法。废物与成玻璃的化学物质混合后在炉中熔化，形成的熔融玻璃随后固化在容器中，从而将废物固定住。最终的废物形式类似于黑曜岩，是一种不易渗漏、耐用的材料，有效地将废物封存。广泛认为，这种形式的废物可以在较长时间内存储，而不会对空气或地下水造成放射性污染。大规模玻璃化利用电极将土壤和废物熔化并保持原地埋藏，硬化后的废物可在不造成大范围污染的情况下被挖掘出来。根据西北太平洋国家实验室的说法，“玻璃化将危险物质锁定在稳定的玻璃状态中，这种状态可以持续数千年”[15]。
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在深低温保存中，玻璃化用于保存例如人类卵子（卵母细胞）（卵子冷冻贮藏）和胚胎（胚胎冷冻贮藏）。它防止了冰晶的形成，并且是一个非常快速的过程：-23,000 °C/min。
目前，玻璃化技术仅被应用于冷冻保存的大脑（神经玻璃化，neurovitrification）和上半身（由阿尔科生命延续基金和人体冷冻机构进行），但两家机构都在研究将玻璃化技术应用于全身。
许多生活在极地地区的木本植物会自然玻璃化其细胞以抵御寒冷。一些植物能够在液氮和液氦中浸泡后生存[16]。玻璃化还可以用来保存濒危植物物种及其种子。例如，异储型种子被认为是难以保存的。植物玻璃化溶液（plant vitrification solution，PVS）作为玻璃化的一种应用，成功保存了埃及蓝睡莲（Nymphaea caerulea）种子[17]。
参见
参考
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