鲁伯特之泪被称为世界上最神奇的玻璃，比钻石还坚硬

发布者：青灯问童子 2024-7-21 11:17

鲁珀特之泪被称为世界上最神奇的玻璃，如果用高速飞出的子弹击中它的头部，子弹被撞击成了粉末，而它却能保持完好无损。那么它是如何被制造出来的？1660年，巴达维亚的鲁珀特王子发现，如果液态玻璃在大自然的引力下落入冰水中，它就会形成一种类似于蝌蚪的玻璃，然后他就将这种玻璃命名为鲁伯特之泪。

不要被这个浪漫的名字所迷惑，它的坚硬程度甚至比钻石还要高出许多倍，用铁锤都很难将其砸碎，即使是用液压机也需要20多吨的压力才能将其摧毁。然而，如此强硬的鲁珀特之泪也存在致命的弱点，只要我们稍微用力捏住它的尾巴，整个鲁伯特之泪将会瞬间粉碎。

为什么会出现如此神奇的现象？这个问题困扰了人类300多年，直到1994年才被解开。鲁珀特之泪碎裂的原理叫做"裂纹扩展"。普渡大学的钱德拉塞克兰和剑桥大学的乔杜里使用高速摄影观察了泪液破碎的整个过程，得出结论：鲁伯特之泪的头部表面有很强的压印力，而内部有很强的拉伸应力，这使得鲁伯特之泪内部处于不均衡的压力状态。

只要这种状态从尾巴上断开，它就会把整个鲁伯特之泪这种状态打破，所以鲁伯特之泪的尾巴非常脆弱。那么如何保持这种不稳定的平衡？鲁珀特之泪被称为世界上最坚硬的玻璃，不仅泪滴头部可以经受锤子的敲砸，甚至子弹都不能将其击碎。

一位教授对鲁珀特之泪现象进行了全面分析，他用CT扫描分析了运动前后鲁珀特之泪的形态，然后利用电阻技术成功地测量了鲁伯特之泪的崩解速度，从而得出结论：玻璃表面有一个很薄的压印力，使玻璃更加致密。当承受外部拉伸或压缩载荷时，内部拉力被释放，从而可以承受更大的压缩载荷。

那么"鲁珀特之泪"内的这些应力是如何分布的？理解了应力分布就能解释泪滴头部为何如此坚硬。研究人员将鲁珀特之泪、泪悬浮在透明液体中，然后用红色LED照亮玻璃泪滴，借助偏光显微镜测量到光通过玻璃滴的光延迟，并用这些数据构建了整个玻璃滴的应力分布。

结果表明，玻璃滴头部表面的压应力高达700兆帕，近乎大气压的7000倍，这要比之前的预期高得多。而这些压应力的分布约占玻璃滴直径的10%，表面压应力让鲁珀特之泪拥有很高的结构强度。

要使"鲁珀特之泪"破碎，必须在玻璃滴内部拉伸区形成裂纹，而表面裂纹只会沿着玻璃滴表面发展，不会深入内部拉伸区。但尾部却是鲁珀特之泪的阿喀琉斯之踵，因为尾部碎裂会使裂纹传入玻璃滴拉伸区，并迅速从内部土崩瓦解。

鲁珀特之泪真的比钻石还要坚硬吗？能抵挡住子弹撞击的鲁珀特之泪是用玻璃制成的，当熔化的玻璃滴入冰水中时，玻璃表面迅速冷却形成外壳，而壳下的玻璃还仍然是液态。等到核部的玻璃也冷却凝结体积变小时，液态的玻璃自然而然地拉着已经是固态的外壳收缩，导致玻璃泪滴的表面和内部产生拉应力，所以它会保持一种高张力状态，头部也就具有非常强的硬度。