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“把科学带回家”所有 撰文 七君 透明又防弹的材料，你能想到什么？防弹玻璃？ 实际上，有一种新材料比防弹玻璃更硬而且更轻巧，它就是氮氧化铝透明陶瓷，也叫 ALON。  各式ALON透明陶瓷 早在20世纪70年代就有人开始探索氮氧化铝的性质。1986年，首个氮氧化铝透明陶瓷被发明，后来在2009年相关专利被美国 Surmet 公司获得，氮氧化铝透明陶瓷也被命名为 ALON。就这样，氮氧化铝透明陶瓷开始了商业化的道路。 ALON 不含玻璃的主要原材料二氧化硅，也不是高分子化合物，而是用铝、氧和氮合成的。简单来说，它是一种透明的陶瓷：它是用氮氧化铝粉末在高温下烧结而成，类似于陶瓷的制法；最后再抛光打磨，ALON 就变得透明了。  用氮氧化铝粉末制造ALON的过程 图片来源：Surmet 是的，透明的陶瓷听起来很科幻，它也出现在很多科幻作品中。比如在2015年的大片《侏罗纪世界》中，球形游览车的外壳就是用 ALON 制造的。也有许多《星际迷航》的粉丝认为 ALON 就是《星际迷航IV》里用来拯救未来的透明铝。  根据《侏罗纪世界》的设定，球形游览车外壳就是用ALON制造的。 等等，为什么陶瓷可以变透明？ 透明指的是光能够穿透而不会发生强烈的反射和散射。普通陶瓷内部的晶体颗粒排列不规则，光照上去会向四面八方的散射，无法穿透，因此看起来并不透明。  云对阳光的散射 图片来源：atmo.uiuc.edu 而以 ALON 为代表的透明陶瓷是一类新型材料，和普通陶瓷不一样，它的内部晶粒排列整齐，光照上不会发生散射，所以是透明的。透明陶瓷因此又被称为光学陶瓷。 因为是陶瓷，透明陶瓷比普通的玻璃和树脂玻璃更硬、强度更大，适用于极端环境。而 ALON 是市面上最硬的多晶透明陶瓷。  ALON 是用氮氧化铝粉末（左）制造的，阳光照到粉末状的氮氧化铝上发生散射，因此氮氧化铝粉末看起来并不透明。 有多硬呢？ ALON的硬度是普通玻璃的4倍，比世界上第三硬的材料蓝宝石（氧化铝，莫氏硬度为9）差一点点，但莫氏硬度也达到了7.7。 看，用25克的花岗岩丢在1.27厘米厚的普通硼硅酸盐玻璃上，玻璃一下就裂了——   但是ALON就没事，看起来还是花岗岩比较痛一点——  我们再来看看用它制作的防弹铠甲和用玻璃制作的防弹玻璃的对比。 普通防弹玻璃是两层玻璃夹了一层聚合物的结构。实验中的 ALON 防弹铠甲用的是相同的聚合物，但是外层的 ALON 陶瓷更薄——  现在，用12.7×99毫米口径的北约弹来射头看看。  北约弹可以轻松射穿9.4厘米厚的防弹玻璃，威力惊人，因此属于防空用弹药。  但是4厘米厚的 ALON 制透明铝铠甲就能抵挡这种子弹的袭击。模特莫得感情的塑料大头没有被射爆。 对比一下两种防弹材料，ALON 防弹铠甲只有一点点凸点，但是防弹玻璃就整个炸裂到模糊—— 4厘米厚的 ALON 铠甲就能够抵挡12.7×99毫米口径的对空子弹，这件事引起了美军的兴趣。 实际上在2005年，美国空军就开始测试 ALON，他们想用 ALON 制造透明防弹铠甲，用来武装悍马军用汽车。 美军悍马军用汽车 图片来源：wikipedia 美国空军的测试结果发现，ALON 在被制成小块时防弹效果确实比较好，但是它有一个大问题，那就是价格高昂。 在当时，每平方英寸防弹玻璃的价格是3.25美金，但是 ALON 的价格要10-15美金。因为这个原因，悍马军用汽车并没有被 ALON 武装。但是在2013年，Surmet 宣布成为美国国防部的主要国防承包商，为美军供应了一种 ALON 陶瓷玻璃窗。 Surmet 为美军供应的ALON透明陶瓷窗 ALON 还在另外一种武器上找到了用武之地。 利用红外线制导的导弹的红外导引头需要能够穿透红外线的整流罩，但是普通玻璃不太容易让红外线穿透。 蓝宝石导弹整流罩 图片来源：melleroptics 以前用来制造整流罩的一种常见材料是蓝宝石，蓝宝石对红外线这样的宽波段有很高的透过率，而且强度和硬度很好，因此是制造高马赫导弹整流罩的常见材料。不过蓝宝石的价格高昂，所以各国都在寻找它的替代材料。 蓝宝石的主要成分是氧化铝 图片来源：wikimedia ALON 就是蓝宝石的有力竞争者，它在近紫外线和红外光下也接近透明，而且可以承受2100摄氏度的高温。现在，已经出现了 ALON 制造的红外导弹整流罩。 当然，一些专用灯具也需要能透射红外线和紫外线，因此 ALON 也被用于制造特种灯罩。 和普通玻璃相比，ALON 不会挡住近红外线。 不过因为价格等因素，ALON 还没有进入民用领域。2018年，蔡司曾被传要推出首款用 ALON 制造的镜头，但是直到目前还是没有动静。 如果 ALON 的价格能降低，它就有可能取代强化玻璃，成为屏幕的常见材料。到时候手机不但能帮你挡刀，还能当菜刀，想想就令人期待呢。 穿上 ALON 铠甲，做不容易受伤的透明铝人。 |
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