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玻璃碳的神秘诞生：伯纳德·雷德芬如何发现这种奇特材料？
玻璃碳，又名玻璃状碳或玻璃体碳，是一种非石墨化的碳材料，融合了玻璃和陶瓷的性质以及石墨的特性。它的主要特性包括高热稳定性、高热导性、硬度（7莫氏硬度）、低密度、低电阻、低摩擦、对化学攻击的极高抵抗力，以及对气体和液体的不可渗透性。这种材料被广泛用作电化学中的电极材料、高温坩埚，以及某些义肢的组件。玻璃碳可以以不同的形状、大小和截面形式制作，并且在用语上，「玻璃碳」和「玻璃状碳」已被注册为商标，而IUPAC则不建议将它们用作技术术语。随着2021年对玻璃碳的历史回顾的发表，这种材料的起源引起了广泛的关注。
历史背景
玻璃碳首次出现在英国曼彻斯特的卡博伦公司（The Carborundum Company）实验室，由材料科学家及钻石技术专家伯纳德·雷德芬（Bernard Redfern）于1950年代中期发现。他注意到，用于将陶瓷（火箭喷嘴）样品固定在炉子地板上的胶带在惰性气氛中烧结后，转变为一种不寻常的结构，并保持原始形状。
雷德芬随后探索了一种聚合物基材来模拟钻石结构，并发现了一种酚醛树脂，经过特殊处理后可以不需催化剂而凝固。这种树脂制成的坩埚分发给许多组织，例如英国原子能机构哈沃尔（UKAEA Harwell）。然而，雷德芬离开了卡博伦公司，该公司也正式终止了对玻璃碳发明的所有利益。
Plessey公司的发展
在英国陶塞特的Plessey公司实验室工作时，雷德芬收到来自UKAEA的一个玻璃碳坩埚，并认出这是他之前制作的，因为他在未碳化的前体上刻有标记。该公司于Litchborough设立了实验室，后来在北安普敦郡Caswell设立了永久性设施，这里成为Plessey Research Caswell与艾伦·克拉克研究中心（Allen Clark Research Centre）。玻璃碳在Plessey的发展是理所当然的事，雷德芬对玻璃碳的发明及生产的贡献虽被承认，但在随后Cowlard和Lewis的出版物中对他的参考并不明显。
雷德芬于1960年1月11日提交的英国专利申请，及后于1963年11月5日获得美国专利3109712A。
材料特性与应用
玻璃碳具有非常均匀和可预测的收缩率，这使得在聚合物状态下可制作精确配件。早期的一些超纯砷化镓样品就是在这些坩埚中进行区域提纯的，因为玻璃碳对砷化镓并不具有反应性。此外，玻璃碳的掺杂亦展现出半导体的现象。
其多孔形式，称为网状玻璃状碳（Reticulated Vitreous Carbon, RVC），首次于1960年代中期开发，作为热绝缘和微孔玻璃状碳电极材料。这些特性使得RVC在电化学中的应用十分广泛，特别是在作为三维电极时。
结构与电化学性质
玻璃碳的结构长期以来一直受到争议。早期的结构模型假设在玻璃碳中同时存在sp2和sp3键合的原子，现在已知玻璃碳完全是sp2键合的。
在电化学方面，玻璃碳被认为是水溶液中氢氧根离子还原的惰性电极。这些特征使得其在传感器制造中变得不可或缺。由于其特定的表面取向，玻璃碳被用于制造各类改性电极，并在牙科植入体等生物相容性应用中展现出良好的稳定性。
随着科技的进步和对材料研究的加深，玻璃碳的应用范畴和技术依然在不断拓展和演变。陶瓷和玻璃状材料的独特结合，无疑在现代科学和工程领域中，创造出无数可能性。
当我们再次思考这位科学家的贡献以及这种材料的潜在应用，我们不禁要问，未来的科技创新将如何改变我们对这种材料的认知和使用方式呢？
