《冰与火之歌》中的龙晶：寻找这件强力武器的来源

这是我们探索《冰与火之歌》材料世界系列的第四篇，该系列更为人熟知的名字是《权力的游戏》。前三篇可在此阅读。

那个冬天不关乎雪与冰，而关乎从狭海一岛源源不断运来的黑色物质。

平民称之为“龙晶”。它漆黑尖锐，是野人首选的武器。

尽管漆黑，它在阳光下却像金属般闪烁。它有岩石般的棱角褶皱，落地却如冰般破碎。

北境之王的那个朋友——那个胖子，叫山姆——显然用龙晶杀死了一只异鬼。如今双子塔以北的每个孩子都知道：除了瓦雷利亚钢，只有龙晶能杀死异鬼。

死神敲门之际，龙晶是漫漫长夜唯一的希望。
人们惊叹地谈论产出它的深矿。大小龙晶在黑暗中闪烁，像珠宝般嵌在古老岩石的裂隙中。

平民传说中，龙晶是岩石被龙火熔化形成的。古瓦雷利亚语“zīrtys perzys”直译为“冻结的火”。难怪它能让死者再死一次？

学士们更懂行。熔化岩石的不是龙火，而是火山从远古伤口喷涌而出的液态怒火。他们叫它真名：黑曜石。

冻结的火

我们虽无龙晶，但黑曜石是常见火山玻璃，分布全球多地。公元77年普林尼老著《自然史》记载：“……在各种玻璃中，可数黑曜石玻璃，一种与埃塞俄比亚的奥布西迪乌斯发现的石头极其相似的物质”。

不知奥布西迪何时发现，但玻璃总体在普林尼时代已为人类所知数十万年。考古遗址出土黑曜石制品可追溯至公元前70万年，使玻璃成为人类已知最早工程材料之一。

同时，玻璃直到近代才成家庭常用材。中世纪需去教堂才能见识彩绘玻璃的辉煌。

如今，我们身边爆发式出现各类玻璃。苏打石灰玻璃作杯，硼硅酸盐玻璃或燧石玻璃作镜片，浮法玻璃、冠状玻璃、夹层玻璃装饰建筑，硼硅玻璃加热试剂，汽车用钢化玻璃，大猩猩玻璃等化学强化玻璃专为智能手机开发。

有各色玻璃，在电磁谱中选择性透明。有紫外玻璃、红外玻璃，甚至有电致变色玻璃，按钮一按即变色。

苏打石灰硅酸盐玻璃

技术上讲，玻璃不是材料而是物质状态。正如所有材料可呈固液气态，许多材料可呈玻璃态。

大多数玻璃源于高温熔融砂。熔融砂急冷——快到分子来不及排列成固体刚性构型，形成介于固液间的原子排列，如下图所示。

[a] 玻璃原子排列 [b] 固体石英原子排列。来源：Tom Husband，《制糖的甜蜜科学》

石英（右）呈整齐六方晶格，玻璃态二氧化硅（左）则混乱无序。玻璃几乎所有电、热、力学性能均源于此结构。

挑战在于砂熔点约1700°C，昂贵且难加工。加入纯碱（碳酸钠）可降至1300°C，得“纯碱玻璃”。

但此玻璃溶于水，许多场景无法应用——想想遇雨溶解的窗户！

加入石灰解决此问题，形成化学稳定混合物。这种约含70%砂、18%纯碱、12%石灰（氧化钙）的玻璃称苏打石灰硅酸盐玻璃，是当今世界最普遍玻璃，构成容器、窗玻璃、瓶罐主体。

冠状玻璃

熔融玻璃像泡泡糖，可随热、气、设备吹制成任意形状。

手工吹制“冠状玻璃”在机器接管前广受欢迎。中世纪大教堂部分传世彩绘玻璃即由冠状玻璃制成。

向熔融玻璃团吹气膨胀成中空球或“冠”。加热高速旋转使其摊平成薄片，再切成矩形。旋转不可避免导致边缘比中心薄。这也是古老彩绘玻璃窗底部比中部厚的原因。

高性能热力学玻璃

典型苏打石灰玻璃不耐骤冷骤热。沸水倒入玻璃瓶，大概率炸裂。

加入氧化硼可改善热性能并保持透明。这至关重要，如需在试管中观察放热反应。硼硅玻璃允许观察且无化学品溢出风险。

如今玻璃陶瓷问世，拥有卓越导热与抗热震性能。例如肖特AG的NEXTREMA玻璃陶瓷耐温高达950°C，总热膨胀<1%。

下方视频演示三款NEXTREMA系列玻璃陶瓷（透明、不透明、半透明）的高抗热震性：在烤箱加热至350°C后投入冷水。普通玻璃遇此极端温差粉碎，NEXTREMA玻璃陶瓷却完好无损。

玻璃陶瓷在非晶玻璃基质中嵌入微小陶瓷包裹体。陶瓷包裹体抑制热膨胀、提供高导热，二者协同确保材料承受巨大温变。包裹体总体积通常不足总体积百万分之一，保证光学透明。

了解更多玻璃陶瓷，请阅读专文《玻璃陶瓷：性能、加工与应用》。

从布兰·建造者到布兰·破碎者

如森林之子，我们已从龙晶走得很远。如维斯特洛与厄索斯人民，我们用材料筑城，以喜悲眷恋描绘城市。

脚下拥有数百万种金属、陶瓷、玻璃、聚合物、复合材料，我们不再是七国边陲。我们是瓦雷利亚的继承者：一片充满魔法与奇迹的辉煌之地。
当始于“布兰·建造者”的故事终于“布兰·破碎者”，我们为自己书写更宏大的史诗。这是我们材料的世纪古老、不断生长的故事。

我从事将机器学习与人工智能应用于人类文明最早事业之一的前沿领域——理解、利用与开发新材料。