揭開沙粒轉換成玻璃的面紗

為什麼台灣會像坐在搖搖椅上，總是時不時地晃動？這個問題或許有些令人不安，但卻是我們生活在這片土地上的現實。根據氣象署統計，台灣每年有 40,000 次以上的地震，其中有感地震超過 1,000 次。2024年4月3日，花蓮的大地震發生後，台灣就經歷了超過 1,000 次餘震，這些數據被視覺化後形成的圖像，宛如台北101大樓般高聳穿雲，再次引發了全球對台灣地震頻繁性的關注。

地震發生後，許多外國媒體擔心半導體產業會受影響，但更讓他們稱奇的是，台灣竟然能在這麼大的地震之下，將傷害降到這麼低，並迅速恢復。不禁讓人想問，自從 25 年前的 921大地震以來，台灣經歷了哪些改變？哪些地方可能再發生大地震？如果只是遲早，我們該如何做好更萬全的準備？

要找到這些問題的答案，最合適的地點就在一座從地震遺跡中冒出的主題博物館：國立自然科學博物館的 921地震教育園區。

下一個大地震在哪、何時？先聽斷層說了什麼

1999年9月21日凌晨1點47分，台灣發生了一場規模7.3的大地震，震央在南投縣集集鎮，全台 5 萬棟房子遭震垮，罹難人數超過 2,400 人。其中，台中霧峰光復國中校區因車籠埔斷層通過，地面隆起2.6公尺，多棟校舍損毀。政府決定在此設立921地震教育園區，保留這段震撼人心的歷史，並作為防災教育的重要基地。園區內兩處地震遺跡依特性設置為「車籠埔斷層保存館」和「地震工程教育館」。

車籠埔斷層保存館建於原操場位置，為了保存地表破裂及巨大抬升，所以整體設計不採用樑柱結構，而是由82根長12公尺、寬2.4公尺、重約10噸的預鑄預力混凝板組成，外觀為曲線造型，技術難度極高，屬國內外首見，並榮獲多項建築獎。而地震工程教育館保留了原光復國中受損校舍，讓民眾親眼見證地震的驚人破壞力，進一步強調建築結構與安全的重要性。毀損教室旁設有由園區與「國家地震工程研究中心」共同策劃的展示館，透過互動展示，讓參觀者親手操作，學習地震工程相關知識。

國立自然科學博物館地質學組研究員蔣正興博士表示，面積上，台灣是一個狹長的小島，卻擁有高達近4000公尺的山脈，彰顯了板塊激烈擠壓、地質活動極為活躍的背景。回顧過去一百年的地震歷史，從1906年的梅山地震、1935年的新竹-台中地震，到1999年的921大地震，都發生在台灣西部，與西部的活動斷層有密切關聯，震源位於淺層，加上人口密度較高，因此對台灣西部造成了嚴重的災情。

而台灣東部是板塊劇烈擠壓的區域，地震震源分佈更廣。與西部相比，雖然東部地震更頻繁，但由於人口密度相對較低，災情相對較少。此外，台灣東北部和外海也是地震多發區，尤其是菲律賓海板塊往北隱沒至歐亞板塊的隱沒地震帶，至沖繩海槽向北延伸，甚至可能影響到台北下方，發生直下型地震，這種地震因震源位於城市正下方，危害特別大，加上台北市房屋非常老舊，若發生直下型地震，災情將非常嚴重。

除了台北市，蔣正興博士指出在台灣西部，我們特別需要關注的就是彰化斷層的影響，該斷層曾於1848年發生巨大錯動。此外，我們也需要留意西南部的地震風險，如 1906 年的梅山地震。此兩條活動斷層距今皆已超過 100 年沒活動了。至於東部，因為存在眾多活動斷層，當然也需要持續注意。

我們之所以擔心某些斷層，是因為這些區域可能已經累積了相當多的能量，一旦達到臨界點，就會釋放，進而引發地震。地質學家通常會沿著斷層挖掘，尋找過去地震的證據，如受構造擾動沉積物的變化，然後透過定年技術來確定地震發生的時間點，估算出斷層的地震週期，然而，這些數字的計算過程非常複雜，需要綜合大量數據。

挑戰在於，有些斷層的活動時間非常久遠，要找到活動證據並不容易。例如，1906年的梅山地震，即使不算久遠，但挖掘出相關斷層的具體位置仍然困難，更不用說那些數百年才活動一次的斷層，如台北的山腳斷層，因為上頭覆蓋了大量沉積物，要找到並研究這些斷層更加困難。

儘管我們很難預測哪個斷層會再次活動，我們仍然可以預先對這些構造做風險評估，從過往地震事件中找到應變之道。而 921 地震教育園區，就是那個可以發現應變之道的地方。

921 後的 25 年

在園區服務已 11 年的黃英哲擔任志工輔導員，常代表園區到各地進行地震防災宣導。他細數 921 之後，台灣進行的六大改革。制定災害防救法，取代了總統緊急命令。修訂了建築法規，推動斷層帶禁限建與傳統校舍建築改建。組建災難搜救隊伍，在面對未來災害時能更加自主應對。為保存文化資產，增設了歷史建築類別，確保具有保存價值的建築物得到妥善照料。

最後，則是推行防災教育。黃英哲表示，除了在學校定期進行防災演練，提升防災意識外，更建立了921地震教育園區，不僅作為教育場所，也是跨部門合作的平台，例如與交通部氣象署、災害防救辦公室、教育部等單位合作，進行全面的防災教育。園區內保留了斷層線的舊址，讓遊客能夠直觀地了解地震的破壞力，最具可看性；然而除此之外，園區也是 921 地震相關文物和資料的重要儲存地，為未來的地震研究提供了寶貴的資源。

堪稱園區元老，在園區服務將近 19 年，主要負責日語解說工作的陳婉茹認為，園區最大的特色是保存了斷層造成的地景變化，如抬升的操場和毀壞的教室場景，讓造訪的每個人直觀地感受地震的威力，尤其是對於年輕的小朋友，即使他們沒有親身經歷過，也能透過這些真實的展示認識到地震帶來的危險與影響。

陳婉茹回憶，之前有爸媽帶著小學低年級的小朋友來參觀，原本小朋友並不認真聽講，到處跑來跑去，但當他看到隆起的操場，立刻大聲說這他在課本看過，後來便聚精會神地聽完 40 分鐘的解說。

除了每看必震撼的地景，園區也透過持續更新策展，邀請大家深入地震跟防災的各個面向。策展人黃惠瑛負責展示設計、活動規劃、教具設計等工作。她提到，去年推出的搜救犬特展和今年的「921震災啓示展」與她的個人經歷息息相關。921 大地震時的她還是一名台中女中的住宿生，當時她儘管驚恐，依舊背著腿軟的學姊下樓，讓她在策劃這些展覽時充滿了反思。

在地震體驗平臺的設計中，黃惠瑛強調不僅要讓觀眾了解災害的破壞力，更希望觀眾能從中學到防災知識。她與設計師合作，一樓展示區採用了時光機的概念，運用輕鬆、童趣的風格，希望遊客保持積極心態。二樓的地震體驗平臺結合六軸震動臺和影片，讓遊客真實感受921地震的情境。她強調，這次展覽的目標是全民，設計上避免了血腥和悲傷的元素，旨在讓觀眾帶著正向的感受離開，並重視防災意識。

籌備今年展覽的最大挑戰是緊迫的時間。從五月開始，九月完成，為了迅速而有效地與設計師溝通，黃惠瑛使用了AI工具如ChatGPT與生成圖像工具，來加快與設計師溝通的過程。

蔣正興博士說，當初學界建議在此設立地震教育園區，其中一位重要推手是法國地質學家安朔葉。他曾在台灣指導十位台灣博士生，這些博士後來成為地質研究的中堅力量。1999年921大地震後，安朔葉教授立刻趕到台灣，認為光復國中是全球研究斷層和地震的最佳觀察點，建議必須保存。為紀念園區今年成立20週年，在斷層館的展示更新中，便特別強調安朔葉的貢獻與當時的操場圖。

此外，作為 20 週年的相關活動，今年九月也將與日本野島斷層保存館簽署合作備忘錄（MOU），強化合作並展示台日合作歷史。另一重頭戲則是向日本兵庫縣人與自然博物館主任研究員加藤茂弘致贈感謝狀，感謝他不遺餘力，長期協助園區斷層保存館的剖面展品保存工作。

前事不忘，後事之師

盡力保存斷層跟受創校舍，只因不想再重蹈覆徹。蔣正興博士表示，921地震發生在車籠埔斷層，其錯動形式成為全球地質研究的典範，尤其是在研究斷層帶災害方面。統計數據顯示，距離車籠埔斷層約100公尺內，住在上盤的罹難率約為1%，而下盤則約為0.6%。這說明住在斷層附近，特別是上盤，是非常危險的。由於台灣主要是逆斷層活動，這一數據清楚告訴我們，在上盤區域建設居住區應特別小心。

2018年花蓮米崙斷層地震就是一個例證。

在921地震後，政府在斷層帶兩側劃設了「地質敏感區」。因為斷層活動週期較長，全球大部分地區難以測試劃設敏感區的有效性，但台灣不同，斷層活動十分頻繁。例如 1951 年，米崙斷層造成縱谷地震，規模達 7.3，僅隔 67 年後，在 2018 年再次發生花蓮地震，這在全球是罕見的，也因此 2016 年劃設的地質敏感區，在 2018 年的地震中便發現，的確更容易發生地表破裂與建築受損，驗證了地質敏感區劃設的有效性。

在過去的20年裡，921地震教育園區不僅見證了台灣在防災教育上的進步，也承載著無數來訪者的情感與記憶。每一處地震遺跡，每一項展示，都在默默提醒我們，那段傷痛歷史並未走遠。然而，我們對抗自然的力量，並非源自恐懼，而是源自對生命的尊重與守護。當你走進這座園區，感受那因地震而隆起的操場，或是走過曾經遭受重創的教室，你會發現，這不僅僅是歷史的展示，更是我們每一個人的責任與使命。

來吧，今年九月，走進921地震教育園區，一起在這裡找尋對未來的啓示，為台灣的下一代共同築起一個更堅固、更安全的家園。

延伸閱讀：
高風險？ 家踩「斷層帶、地質敏感區」買房留意
「我摸到台灣的心臟！」法國地質學家安朔葉讓「池上斷層」揚名國際
百年驚奇－霧峰九二一地震教育園區｜天下雜誌

過去十年是人類史上最熱的日子，且全球海平面上升速度加快至原來的近 3 倍 ^[1]，氣候變遷不是未來式，而是現正「熱」映中。

若地球再升溫攝氏 1.5 度，氣候的變化可能變得無法挽回，而且上升的海平面將會入侵沿海城市與人口稠密的平原區，人類生存將會面臨很大的挑戰，為了避免如此巨大的災難，IPCC 訂定了全球行動基準：2030 年前，全球碳排放量需減半^[2]，時限只有不到十年的時間。

可是人類的所有的活動，都會或多或少造成二氧化碳排放，難道真的要靠薩諾斯彈個手指消滅一半的人類嗎？粗暴的行為 duck 不必！我們只需要將「碳中和」的概念貫徹於生活中就可以了。

先談談什麼是「碳中和」

碳中和（carbon neutrality），是指通過使用低碳能源取代化石燃料、植樹造林、節能減排等方法，抵銷各種產品或活動造成的二氧化碳排放，實現正負抵消，達到相對「零排放」的做法。

一般常見的做法有兩種：

• 建立碳補償系統。例如：透過植樹造林、購買再生能源憑證^[註1] ，從大氣中移除因為某項產品或活動造成的碳排放量。
• 使用低碳或零碳排的技術。例如使用再生能源（如風能和太陽能），而非化石燃料，以避免因燃燒化石燃料而排放二氧化碳到大氣中。

但無論是碳補償系統或是再生能源產業，都還需要花很長的時間來建設，那麼，有什麼是我們在日常生活中可以落實的？——有的！那就是玻璃回收。

玻璃：完全可再生利用的材質

玻璃是將石英（SiO2，砂的主要成分）混合了定量的碳酸鈉與碳酸鉀後，在 1,500 °C 熔煉爐中燒製而成的，是一種透明、高硬度的材料，具有成分安定的特性，所以許多化學會使用玻璃瓶來盛裝。

但也是因為不易腐化的特性，如果將廢玻璃作為垃圾處理，無論是掩埋或是焚化，都無法很有效的處理廢玻璃，玻璃碎片將成為土壤中難以分解的物質。

但這也不是什麼難解的問題，因為玻璃是一種可以完全再利用及再生的材質，可以被再製成各類玻璃產品或玻璃原料，具有一定的回收價值。

玻璃主要回收方式有兩種：

• 原型利用：將使用過的玻璃容器或產品直接回收再利用，不經由粉碎等過程，常見於玻璃容器回收。
• 粉碎玻璃粒料再利用：將使用過的玻璃產品，回收後經由清洗、粉碎、去除雜質後，製成可供再次熔煉的玻璃粒料，常見於平板玻璃的回收。

其中「原型利用」是最簡單又最能有效減碳的再利用模式，像是台灣菸酒公司及台灣青島啤酒公司針對其所使用的啤酒瓶等容器，透過回收瓶費制度及逆向回收系統，將收回的玻璃酒瓶經清洗與高溫消毒處理後，就可以重複裝填啤酒等產品。

生產新玻璃，加熱原料「碳排量」極高

若是生產全新的玻璃瓶，在加熱原料時需要燃燒天然氣來達到高溫，這個步驟佔玻璃製造碳排放量的 75% 至 85%，其他的排放量大多是來自於原料之間化學反應的副產物^[3]。與之相比起來，「原型利用」幾乎是零碳排的作法，也是最節省成本與材料資源的好方法。

即使是難以直接再利用的平板玻璃，粉碎後重新煉製成玻璃也能大量減少碳排放量，因為融化碎玻璃所需要的溫度較低，能減少燃料的使用，而且碎玻璃融化時，不會像石英沙等原材料釋放二氧化碳，從而減少碳排放量。

根據歐洲容器玻璃聯盟 (FEVE) 的說法，與完全由原材料製造玻璃相比，熔爐中每使用 10% 的回收碎玻璃，可減少 5% 二氧化碳排放量^[3]，若再參照我國行政院環境保護署網站資訊，台灣的玻璃製造廠使用的原料中，回收碎玻璃約佔 50％^[4]，換算下來約能減少 25% 的碳排量。

除此之外，粉碎玻璃粒料還可以作為玻璃瀝青、透水磚等環保建材的材料。然而這種回收難度不高、用途又廣泛的材料，在大多數國家卻仍當作垃圾掩埋，為什麼？

美國玻璃回收率僅 31%，算是放牛班

歐洲是少數妥善回收玻璃的地區，也是全球回收玻璃的領頭羊，所有 27 個歐盟成員國以及英國，已經回收了境內四分之三的容器玻璃，並且每個新的玻璃製品使用了約 52% 的回收材料，而且他們還希望做到更好，當地的玻璃容器業有一個宏大的願景：希望能在 2030 年以前將容器玻璃收率達到 90%。

與歐洲相比，美國的消費習慣與環保概念仍十分落後，根據美國國家環境保護局（Resources in Traditional Chinese Language）的數據，僅 2018 年美國就把 700 萬噸玻璃當作垃圾掩埋了，佔所有固體城市垃圾的 5.2%，僅有 31% 的玻璃容器被回收。

幸好，還是有部分區域自發性的在為玻璃回收做出貢獻，像是有美國維吉尼亞州阿靈頓郡的玻璃包裝協會，他們正努力趕在 2030 年前將玻璃容器回收比例提高到 50%；而南非的玻璃回收公司（Glass Recycling Company），成功將整個南非的玻璃回收率從 2005-06 年的 18% 提高到 2018-19 年的 42%。

但在其他開發中國家——例如在中國、巴西或印度，沒有公佈明確的回收現況報告或者未來的計畫，然而這些國家也有著巨大的生產力與消費力，環保永續的未來必須要大家一同參與，否則是對寶貴資源的巨大浪費。

玻璃是透明的，但不能視而不見地埋起來

從工業革命開始，人類不斷的使用石化燃料、排放溫室氣體，未來十年內，二氧化碳就會達到足以改變氣候的濃度，放縱的消費習慣是該懸崖勒馬了。

玻璃是必不可少的材料，我們當然可以繼續使用，只需要確保它被正確地回收再利用，而不是被埋進垃圾場裡，就能大大減少製造過程所產生的二氧化碳，邁向循環永續的綠色供應鏈。

就讓我們從玻璃回收再利用開始做起，讓回收玻璃成為「碳中合未來」的敲門磚！

註解

註 1：再生能源憑證是再生能源電力生產的證明，通常以度或千度電量為單位，在憑證上會紀錄這批電力的發電方式、生產地點及生產時間，並透過國家認可的第三方認證，證明你買到的是純綠電，也稱綠電憑證。造成碳排的一方可以購買再生能源憑證，等於是將自己產出的碳排放量交由再生能源業者回收。

參考資料

1. 聯合國氣候變遷最新報告顯示全球氣溫上升速度快過預期
2. 碳中和
3. Nature : Glass is the hidden gem in a carbon-neutral future
4. 行政院環境保護署 生活廢棄物質管理資訊系統
5. IPCC https://www.ipcc.ch/sr15/
6. 認識再生能源憑證
7. 永續發展從哪裡來能往哪裡去？減碳還不夠，下一站是「碳中和」
8. 資源回收網- 材質專區
9. 升溫逼近關鍵的1.5度，IPCC釋出最新氣候報告
10. 氣候變化：九張圖看懂全球變暖和你我的關係
11. 維基百科 玻璃

• 文／王齡敏，獸醫師，社團法人台灣猛禽研究會猛禽救傷站主任。

全球各地的大城市當中，因建築的玻璃與鏡子等設計，經常會發生鳥類飛行時錯認這些是可飛行的路徑，導致撞上而造成傷亡的「窗殺」事件。窗殺可歸納為日間撞擊與夜間撞擊，兩者成因不同。

窗殺事件層出不窮，臺灣也該正視此問題，並研擬出相關的預防措施。

世界各國的窗殺事件

有一種人為的無心傷害，造成每年上億隻野鳥死亡。

這種因撞擊玻璃或建物而導致的傷害稱為窗殺 (bird-building collisions 或 bird-window collisions)。世界各地每年都有多起窗殺案例，舉例來說，美國約有 3 億 6500 萬 ~ 9 億 8800 萬起案例、加拿大約 1600 ~ 4200 萬起及南韓每年約 800 多萬隻野鳥死亡。

雖然北美對野鳥窗殺議題已研究 30 多年，但在臺灣卻很少被提及與討論，相關的研究甚至付之闕如。

回歸到窗殺的發生原因，為何鳥類特別容易撞玻璃呢？

• 首先，鳥類（或大部分的動物）無法將玻璃辨識為隔離物或障礙物；
• 第二，鳥類雖具有翅膀可飛翔並來去自如，但也容易誤判如高樓的玻璃反射影像而撞上。

北美研究窗殺議題多年，美國明尼蘇達州奧杜邦學會 (Audubon Minnesota) 於 2010 年 5 月出版的《鳥類安全之建築指南》(Bird-Safe Building Guidelines)，大致將窗殺歸納為日間撞擊與夜間撞擊。

日間撞擊原因有二：

• 一為玻璃具有穿透性，因此玻璃帷幕或隔音牆等建物，若是位於鳥類可能穿越的路徑上，便會導致窗殺；
• 二為玻璃的鏡像反射效應，即使透明的玻璃也可能會產生鏡像的效果，更遑論貼有隔熱紙或特別設計為單向透視的鏡面玻璃。

甚至一些半戶外環境，如公廁或游泳池等設立的鏡子，鏡像效果導致鳥類無法分辨影像真偽，以為反射的遠景或山林影像可以飛過，因此一頭撞上，嗚呼哀哉。

夜間撞擊的原因則為燈塔效應 (beacon effect)，當夜間空氣濕度較高，或有霧氣或霧霾時，建築物的燈光會吸引遷徙中的鳥類，導致鳥類迷航而誤撞建物。

明尼蘇達的窗殺案例

筆者曾於 2013~2015 年間服務於美國明尼蘇達大學猛禽中心 (The Raptor Center, University of Minnesota)，當時聽聞明尼亞波利斯 (Minneapolis) 市中心將興建美國合眾銀行體育場 (U.S. Bank Stadium)，並計畫採用大面積的玻璃作為建築設計。

筆者在當地工作期間曾數次路過該體育館改建前的休伯特‧漢弗萊體育場 (Hubert H. Humphrey Metrodome)，由於當時對窗殺涉入不深，是無意間與一名猛禽中心的志工聊天而討論到此事，他表示很擔心這棟建築未來對於當地鳥類的衝擊。

而在筆者先前擔任野生動物獸醫師的職涯中，不時會接獲窗殺案例，但由於占傷病原因的比例並不高，所以過去筆者認為這只是不常見的偶發傷害。直到回國後，於 2017 年起在台灣猛禽研究會（以下簡稱猛禽會）進行猛禽救傷，發現為數不少的猛禽因撞窗而癱瘓，才逐漸意識到窗殺對於野鳥的衝擊。

後來明尼亞波利斯的新體育場於 2016 年落成，當地的研究人員蒐集並分析 2017 ~ 2018 年間的野鳥撞玻璃案例，他們除了合眾銀行體育場外，還監測當地其它 20 棟具窗殺風險的建築。

調查期間共蒐集 1000 多起的鳥類窗擊案例，發現合眾銀行體育場窗擊事件占所有 21 棟建築的第二高位（225 ~ 229 件），其中包括 42 種鳥類（該研究調查到的窗殺鳥種共 75 種）。

報告中指出窗殺會因季節不同而有所變化，秋季明顯高於春、夏二季（冬季因當地過去研究窗殺機率低，故此研究未將其納入），秋過境期的窗殺比率為春過境期四倍，而候鳥遭窗殺的數量則較高，前五名物種皆是候鳥，分別為白喉帶鵐 (Zonotrichia albicollis)、黃喉蟲森鶯 (Leiothlypis ruficapilla)、橙頂灶鶯 (Seiurus aurocapilla)、黃喉地鶯 (Geothlypis trichas) 與灰綠叢森鶯 (Leiothlypis peregrina)，占此研究窗殺比例近 50％。

臺灣也該正視鳥類窗殺事件！

北美許多地區都有類似的研究報告與長期監測活動，但臺灣對窗殺的系統性研究目前仍未開啟，頂多只有一些零星的撞玻璃傷亡鳥類的花邊新聞報導。

筆者於去 (2019) 年起設立臉書社群「野鳥撞玻璃回報」，希望藉由網友的力量蒐集國內關於野鳥窗殺資料。另外，猛禽會也於去年獲得聯華電子主辦的「綠獎」青睞，計畫今 (2020) 年於臺灣北部地區執行野鳥窗殺調查與友善鳥類玻璃教育推廣，希望引起社會大眾、企業與政府對於野鳥窗殺的重視。

該如何避免窗殺？

看到這裡，或許讀者會急著想知道到底如何防止野鳥窗殺。其實江湖一點訣，說破不值錢，原理就在於想辦法讓鳥能「看到」或「看懂」眼前的玻璃（無論窗戶、鏡子或隔音牆等）是無法通過的阻隔物。

因此，凡是改善玻璃材質，如霧面、雕花或蝕刻圖案等；玻璃上裝飾，如貼或畫上密集圖案或大面積圖案等；與玻璃外布置，如掛上許多垂墜物、植生牆、圍欄和隱形鐵窗等，都有防治效果。

但依筆者經驗，最常見的錯誤防治法就是在面積不小的玻璃上只貼一張猛禽貼紙或鷹眼貼紙，認為鷹的形象可以嚇阻鳥兒不接近，但最後卻發現效果不彰。

其實，這就如同在農田設立稻草人，鳥類會判斷環境中的威脅者，當牠發現貼在玻璃的飛鷹不會動，會判定沒有威脅，自然不當一回事，反而想從沒貼貼紙的玻璃處飛去而導致窗殺。

因此美國奧杜邦學會曾做過研究，想知道到底要布置多密，野鳥才不會飛撞玻璃。實驗結果顯示，寬 5 公分 × 長 10 公分（約 2 英寸 × 4 英寸）的布置間隔可以防止 90％ 以上的窗殺，或許讀者們可以參考，做為野鳥窗擊風險玻璃的改善準則。

延伸閱讀

1. Bird-Safe Building Guidelines
2. 野鳥撞玻璃回報 （Reports on Bird-Glass Collisions）
3. Birds Striking Building Windows Final 032014

〈本文選自《科學月刊》2020 年 3 月號〉

在一個資訊不值錢的時代中，試圖緊握那知識餘溫外，也不忘科學事實和自由價值至上的科普雜誌。

早在古埃及時代，人們已知道玻璃的製造技術。然而從沙粒高溫加熱至攝氏超過 1 千度而形成玻璃的原理，至今仍是一個謎。法國國家科學研究中心（CNRS）的玻璃表面暨界面實驗室（Laboratoire Surface du verre et interface）首度應用 X 光斷層攝影，以 3D 視覺化的方式即時將玻璃的製程視覺化。這項實驗在歐洲同步輻射中心（ESRF）內完成，讓我們更加了解不同的原料之間如何相互作用，最終轉變成玻璃。這項研究已發表在《美國陶瓷學會》期刊（The Journal of the American Ceramic Society）的網站上，其目標之一是利用比目前業界使用的更低的溫度來製造高品質的玻璃。

研究人員分析了一種近似製造玻璃窗的混合材質，這種材質由三分之二的矽砂、三分之ㄧ的碳酸鈉及碳酸鈣所組成。該混合物必須持續幾天在工業熔爐中加熱到 1500 度，以便去除氣泡與結晶。這個程序會耗費許多能源，因此業界的挑戰之一便是如何以低溫製造出品質良好的玻璃。為此，研究人員必須要了解原料轉換的不同步驟、各化學反應之間的關係、原始混合物的微結構。

研究員利用 X 光斷層攝影，首次觀察到轉換反應的過程。位於格勒諾博市（Grenbole）歐洲同步輻射中心的強大 ID15a 射線在轉換反應過程中，每 15 秒可以取得一次空間解析度達 1.6 微米的 3D 影像，讓研究員得以觀察分子的接觸方式以及砂粒轉換成液態玻璃的過程。

這些獨特的影像顯示不同顆粒相互接觸的重要性，因為這些顆粒決定了液態玻璃的形成與否。舉例來說，特定的接觸可以讓碳酸鈣融入高活性液體中，或是導致結晶缺陷。研究人員同時也十分訝異地觀察到固態碳酸納仍具有高度的活性：它在溶解前的活躍運動能促進不同顆粒之間的接觸，有助於引發化學反應。

目前研究人員想根據顆粒的大小或較高的溫度來進行新的研究。長期來說，這些基礎研究能協助降低玻璃形成初期出現缺陷的次數，並找出更快速、更節省能源的製造過程。研究員也希望能研發影像與數據處理方法，讓產學界得以用影像技術來觀察玻璃或不同材料製造過程中的顆粒混合物轉化過程。

作者：駐法國代表處科技組
資料來源：Première visualisation de la transformation du sable en verre—法國國家科學研究中心 CNRS [2012-04-16]

轉載自國科會國際合作簡訊網 [2012-08-17]