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玻璃碳的神秘誕生：伯納德·雷德芬如何發現這種奇特材料？
玻璃碳，又名玻璃狀碳或玻璃體碳，是一種非石墨化的碳材料，融合了玻璃和陶瓷的性質以及石墨的特性。它的主要特性包括高熱穩定性、高熱導性、硬度（7莫氏硬度）、低密度、低電阻、低摩擦、對化學攻擊的極高抵抗力，以及對氣體和液體的不可滲透性。這種材料被廣泛用作電化學中的電極材料、高溫坩堝，以及某些義肢的組件。玻璃碳可以以不同的形狀、大小和截面形式製作，並且在用語上，「玻璃碳」和「玻璃狀碳」已被註冊為商標，而IUPAC則不建議將它們用作技術術語。隨著2021年對玻璃碳的歷史回顧的發表，這種材料的起源引起了廣泛的關注。
歷史背景
玻璃碳首次出現在英國曼徹斯特的卡博倫公司（The Carborundum Company）實驗室，由材料科學家及鑽石技術專家伯納德·雷德芬（Bernard Redfern）於1950年代中期發現。他注意到，用於將陶瓷（火箭噴嘴）樣品固定在爐子地板上的膠帶在惰性氣氛中燒結後，轉變為一種不尋常的結構，並保持原始形狀。
雷德芬隨後探索了一種聚合物基材來模擬鑽石結構，並發現了一種酚醛樹脂，經過特殊處理後可以不需催化劑而凝固。這種樹脂製成的坩堝分發給許多組織，例如英國原子能機構哈沃爾（UKAEA Harwell）。然而，雷德芬離開了卡博倫公司，該公司也正式終止了對玻璃碳發明的所有利益。
Plessey公司的發展
在英國陶塞特的Plessey公司實驗室工作時，雷德芬收到來自UKAEA的一個玻璃碳坩堝，並認出這是他之前製作的，因為他在未碳化的前體上刻有標記。該公司於Litchborough設立了實驗室，後來在北安普敦郡Caswell設立了永久性設施，這裡成為Plessey Research Caswell與艾倫·克拉克研究中心（Allen Clark Research Centre）。玻璃碳在Plessey的發展是理所當然的事，雷德芬對玻璃碳的發明及生產的貢獻雖被承認，但在隨後Cowlard和Lewis的出版物中對他的參考並不明顯。
雷德芬於1960年1月11日提交的英國專利申請，及後於1963年11月5日獲得美國專利3109712A。
材料特性與應用
玻璃碳具有非常均勻和可預測的收縮率，這使得在聚合物狀態下可製作精確配件。早期的一些超純砷化鎵樣品就是在這些坩堝中進行區域提純的，因為玻璃碳對砷化鎵並不具有反應性。此外，玻璃碳的掺杂亦展現出半導體的現象。
其多孔形式，稱為網狀玻璃狀碳（Reticulated Vitreous Carbon, RVC），首次於1960年代中期開發，作為熱絕緣和微孔玻璃狀碳電極材料。這些特性使得RVC在電化學中的應用十分廣泛，特別是在作為三維電極時。
結構與電化學性質
玻璃碳的結構長期以來一直受到爭議。早期的結構模型假設在玻璃碳中同時存在sp2和sp3鍵合的原子，現在已知玻璃碳完全是sp2鍵合的。
在電化學方面，玻璃碳被認為是水溶液中氫氧根離子還原的惰性電極。這些特徵使得其在傳感器製造中變得不可或缺。由於其特定的表面取向，玻璃碳被用於製造各類改性電極，並在牙科植入體等生物相容性應用中展現出良好的穩定性。
隨著科技的進步和對材料研究的加深，玻璃碳的應用範疇和技術依然在不斷拓展和演變。陶瓷和玻璃狀材料的獨特結合，無疑在現代科學和工程領域中，創造出無數可能性。
當我們再次思考這位科學家的貢獻以及這種材料的潛在應用，我們不禁要問，未來的科技創新將如何改變我們對這種材料的認知和使用方式呢？
