天天科普｜子弹打不碎的玻璃，我能徒手捏碎？

世界上有这样一种物体

它特别脆弱，又特别坚硬

没错，它就是一块矛盾的玻璃

名字叫做“鲁珀特之泪”

又被称为“荷兰泪”

（灯泡碎裂的瞬间）

小科起初是不信的，什么东西能够既容易碎，又不容易碎呢？更何况，它还只是一块易碎的玻璃。

我们知道，固体物质一般可以分为晶体和非晶体。晶体是指在微观结构上粒子作周期性排列的固体，像雪花、钻石和食盐这种是大的单晶，而大部分金属、陶瓷等都是多晶（多晶是由两个以上单晶组成的结晶物质）。

非晶体主要特征就是没有晶体的长程有序性特征，内部粒子间的结合是无规则的。而玻璃是最常见的一种非晶体。

（重点看玻璃QwQ）

玻璃具有各向同性、无固定熔点、渐变性与可逆性。

一般是用多种无机矿物为主要原料，另外加入少量辅助原料制成的。它的主要成分为二氧化硅和其他氧化物，都是硅酸盐复盐。 

玻璃一般可以分为二氧化硅玻璃和特殊玻璃，其中大部分属于前一类。

虽然熔融的二氧化硅本身就是一种极好的玻璃，但是二氧化硅的熔点是1700多摄氏度，达到如此高的熔点所需要的能量非常大，也就会使玻璃售价非常昂贵（比如一些熔石英的光学镜片，价格比普通玻璃贵的多）。

（可能是玻璃球制作过程）

所以在制作普通玻璃时加入碳酸钠作为助熔剂是为了降低二氧化硅的熔点，通过向二氧化硅中加入约25%的氧化钠，可以将二氧化硅的熔点从1700多摄氏度降低到850摄氏度。

但是这种玻璃又很容易溶于水（这种溶液叫水玻璃）。所以要加入氧化钙使玻璃不易溶。

（这就是“鲁珀特之泪”）

那么，这个蝌蚪状的玻璃为何易碎又不易碎呢？

• 尾部非常脆弱

在切断它的尾部时，由于内部张力无法维持而导致爆炸性破碎，鲁珀特之泪在当尾巴被切断时，会爆炸性的分解成粉末。

• 头部具有异常的强度

如果单单给其头部施压，可以承受15000牛顿的力。这其实是由于头部外表面附近存在巨大的残余应力导致的，甚至子弹打中它都不会碎。

后来，研究人员将荷兰泪悬浮在透明液体中，使用偏光镜测量了光线穿过玻璃时的光学延迟，然后使用这些数据来解析整个鲁珀特之泪中的应力分布。

结果表明，液滴的头部具有比以前认为的高得多的表面压缩应力，最高可达700兆帕，这是大气压的近7,000倍。该表面压缩层也很薄，约为液滴头部直径的10％。

原理是什么呢？

怎么才能制作一条“鲁珀特之泪”？

（制作鲁珀特之泪的过程）

答案很简单，将熔融玻璃滴入冷水中产生的玻璃珠，该玻璃珠会呈现蝌蚪状，尾巴细长的形态。

 “鲁珀特之泪”是如何得名的呢？

据传是查理一世国王的侄子鲁珀特王子是1660年率先将这种奇特的玻璃制品带到英格兰的。这个小东西还被带到了朝廷上，用来戏弄人，所以被称为鲁珀特之泪。

但这些玻璃最早可以追溯到1625年，那时就已经在德国北部的梅克伦堡制造的。不过据称它们是在荷兰发明的，所以也叫荷兰泪。

现在，鲁珀特之泪的作用可不再是戏弄人了，用淬火法生产钢化玻璃可能受到了鲁珀特之泪制作过程的启发。

而且，这种鲁珀特之泪自然界也有，至少从19世纪开始，人们就知道一定条件下在火山熔岩中会产生类似于荷兰泪的岩石。

（熔岩形成的类似结构）

研究人员在实验室研究了荷兰泪的爆炸性碎裂产生的玻璃颗粒，以更好地了解活火山中储存的热应力驱动的岩浆碎裂和火山灰灰分的形成过程。

没想到一块玻璃也可以如此“矛盾”，你还知道有什么这样的东西嘛？可以在留言区和大家分享一下~

|文章来源： 中科院物理所、科普中国、科普苏州

你可能还想了解更多科普内容

（点击图片查看详情）