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玻璃化 (工藝)
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「玻璃化」重新導向至此。關於植物生理現象，請見「玻璃化 (植物)」。
提示：此條目的主題不是玻璃轉化。玻璃化（源自拉丁語「vitrum」意為「玻璃」，法語為「vitrifier」）是物質轉變為玻璃的過程，[1]即物質完全或部分轉化為無定形固體，或稱非晶態固體。玻璃與液體在結構上有所不同，且玻璃與晶體具有相同的豪斯多夫維數：dimH = 3[2]。在陶瓷製作中，玻璃化使其具備防水性。[3]
玻璃化通常是通過加熱材料直到其熔化，然後快速冷卻液體，使其通過玻璃轉化過程，形成玻璃狀固體。某些化學反應也能導致玻璃的形成。
從化學角度看，玻璃化特指無定形材料或無序系統，當基本粒子（原子、分子、形成單元等）之間的連接強度超過某一閾值時，便會發生玻璃化。[4]熱波動破壞了這些連接，因此溫度越低，連接度越高。由於這一點，無定形材料具有特定的臨界溫度，稱為玻璃轉變溫度（Tg）：低於Tg時，無定形材料表現為玻璃狀，而高於Tg時則呈現為熔融狀態。
玻璃化最常見的應用包括陶器、玻璃的製造以及某些類型的食品，但也有其他應用，如在深低溫保存技術中將抗凍液體進行玻璃化保存。
在另一種意義上，材料被嵌入玻璃狀基質中也稱為玻璃化。一個重要的應用是將放射性廢料進行玻璃化處理，得到一種被認為更加安全和穩定的物質，以便處理。
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陶瓷
玻璃化是黏土或陶瓷體在燒製過程中逐步部分熔化的過程。隨著玻璃化的進行，玻璃狀結合物的比例增加，燒製後的產品表觀孔隙率逐漸降低[3]。玻璃質體具有開放孔隙，可能是不透明或半透明的。在這個語境下，「零孔隙率」被定義為水吸收率低於1%。然而，許多標準程序對水吸收率的條件有具體定義[5][6][7]。例如，美國材料和試驗協會規定，「玻璃質」通常意味著水吸收率低於0.5%，但地磚和牆磚以及低壓電氣絕緣體可接受最大3%的水吸收率[8]。
陶器可以通過上釉或玻璃化使其防水。瓷器、骨瓷和衛生陶器是玻璃化陶器的例子，即使沒有釉料也具備防水性。石器可被玻璃化或半玻璃化；後者若沒有釉料則不具備防水性[9][3][10]。
應用
當蔗糖緩慢冷卻時會結晶形成糖（或冰糖），但若快速冷卻，則會形成糖漿狀的棉花糖。
玻璃化也可以發生在液體中，如水，通常通過非常快速的冷卻或加入抑制冰晶形成的物質。這與普通的冰凍過程不同，後者會導致冰晶的形成。玻璃化被應用於低溫電子顯微鏡中，通過快速冷卻樣品，使其可以在電子顯微鏡下成像而不受損害[11][12]。2017年，諾貝爾化學獎授予了這一技術的發展，它可用於成像如蛋白質或病毒顆粒等物體[13]。
普通的鈉鈣玻璃（如窗戶玻璃和飲用容器玻璃）是通過將碳酸鈉和石灰（氧化鈣）添加到二氧化矽中製成的。如果沒有這些添加劑，二氧化矽需要在非常高的溫度下熔化，然後（通過緩慢冷卻）形成玻璃。
玻璃化可用於核廢料或其他有害廢物的處置和長期存儲[14]，採用一種稱為地熔法（geomelting）的方法。廢物與成玻璃的化學物質混合後在爐中熔化，形成的熔融玻璃隨後固化在容器中，從而將廢物固定住。最終的廢物形式類似於黑曜岩，是一種不易滲漏、耐用的材料，有效地將廢物封存。廣泛認為，這種形式的廢物可以在較長時間內存儲，而不會對空氣或地下水造成放射性污染。大規模玻璃化利用電極將土壤和廢物熔化並保持原地埋藏，硬化後的廢物可在不造成大範圍污染的情況下被挖掘出來。根據西北太平洋國家實驗室的說法，「玻璃化將危險物質鎖定在穩定的玻璃狀態中，這種狀態可以持續數千年」[15]。
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在深低溫保存中，玻璃化用於保存例如人類卵子（卵母細胞）（卵子冷凍貯藏）和胚胎（胚胎冷凍貯藏）。它防止了冰晶的形成，並且是一個非常快速的過程：-23,000 °C/min。
目前，玻璃化技術僅被應用於冷凍保存的大腦（神經玻璃化，neurovitrification）和上半身（由阿爾科生命延續基金和人體冷凍機構進行），但兩家機構都在研究將玻璃化技術應用於全身。
許多生活在極地地區的木本植物會自然玻璃化其細胞以抵禦寒冷。一些植物能夠在液氮和液氦中浸泡後生存[16]。玻璃化還可以用來保存瀕危植物物種及其種子。例如，異儲型種子被認為是難以保存的。植物玻璃化溶液（plant vitrification solution，PVS）作為玻璃化的一種應用，成功保存了埃及藍睡蓮（Nymphaea caerulea）種子[17]。
參見
參考
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